Als onderdeel van de In de Spotlight-serie voor het NXTGEN Hightech Energy-domein spreken we met Auke Kronemeijer over het project ‘Next-gen Equipment for Batteries and Battery-materials’.

Wie is Auke en wat is je achtergrond?

Ik ben een Fries uit het noorden van Nederland, met een academische achtergrond in scheikunde, natuurkunde en nanoscience wetenschappen. Ik behaalde zowel mijn master als mijn PhD aan de Universiteit van Groningen. Mijn onderzoek richtte zich altijd op onderwerpen die zich op het grensvlak van scheikunde en natuurkunde bevinden, met een specifieke focus op de elektronische eigenschappen van materialen.

Na mijn promotie heb ik een tijd in het buitenland gewoond en onder andere gewerkt aan de Universiteit van Cambridge. Enkele jaren later kwam ik bij TNO bij Holst Centre terecht, waar ik inmiddels al zo’n negen jaar werk. In de beginjaren richtten we ons vooral op flexibele displays, maar na verloop van tijd werd ik gevraagd om andere programma’s op te zetten die gebruikmaakten van vergelijkbare technologieën. Sinds drie jaar ben ik hoofd van de afdeling Thin Film Electronics. Onze focus ligt op energieoplossingen, zoals batterijen en elektrolysers, maar ook op technologieën voor de zorgsector, zoals organ-on-chip en semicon, zoals chip packaging.

Wat is het doel van jullie onderzoek naar en ontwikkeling van batterijtechnologie?
Ons onderzoek en de ontwikkeling van batterijtechnologie richten zich op het bevorderen van werkgelegenheid en welvaart. Zowel in de Brainport-regio als breder in Nederland en Europa. Door gebruik te maken van het bestaande ecosysteem rondom bedrijven als ASML, verkennen we nieuwe markten en ondersteunen we omzetgroei en werkgelegenheid. Binnen TNO bij Holst Centre werken we aan “Innovation Orchestration”. Door bedrijven vroegtijdig samen te brengen om gezamenlijk te innoveren en zowel technologie als bedrijfsleven richting de markt te laten groeien.

Wat betreft batterijtechnologie ligt onze focus op het verbeteren van de prestaties van batterij-cellen. Dit betekent dat we werken aan een grotere capaciteit, snellere laadtijden en een langere levensduur. Daarnaast richten we ons natuurlijk ook op de veiligheid van batterijen. Zo nu en dan hoor je berichten over lithium-ion batterijen die hevige branden veroorzaken, bijvoorbeeld in elektrische auto’s. Het blussen van zo’n brand is lastig, omdat lithium blijft branden en alleen gestopt kan worden door de auto volledig onder te dompelen in water. Dit soort problemen willen we met onze innovaties voorkomen, omdat er momenteel nog geen betere oplossing is.

Wat houdt het NXTGEN-project “Next-gen Equipment for Batteries and Battery Materials” precies in?

Het NXTGEN-project “Next-gen Equipment for Batteries and Battery Materials” richt zich op het ontwikkelen van innovatieve technologieën voor de productie van batterijcellen en batterijmaterialen, met een focus op het verbeteren van de siliciumanode. Hoewel siliciumanodes niet door ons zijn uitgevonden, zien we grote kansen om met onze hightech kennis bij te dragen aan de productie ervan. Ons doel is om door technologische innovaties de kosten te verlagen en de prestaties te verbeteren, wat ons een concurrentievoordeel op de markt kan opleveren. In essentie ontwikkelen we toeleveringstechnologie voor batterijfabrieken. Het doel is om uiteindelijk als toeleverancier voor deze fabrieken te fungeren, en dat is precies wat we binnen het NXTGEN-project proberen te bereiken.

Silicium Anodes en Spatial Atomic Layer Deposition
Het project richt zich op twee technologieën: siliciumanodes en spatiele Atomic Layer Deposition (sALD) technologie, met twee mogelijke productiemodellen.

De eerste richting is om siliciumanode als poeder te produceren, waarbij we een ALD-coating aanbrengen op het poeder. Dit product kunnen we vervolgens verkopen als grondstof aan batterijfabrieken. Momenteel werken de twee bedrijven E-magy en Powall aan dit deel van het project.

De tweede optie is het aanbrengen van een siliciumfilms op koperfolie, waarop vervolgens een sALD-laag wordt aangebracht. Dit opent twee mogelijke businessmodellen: ofwel we leveren de gecoate folies aan batterijfabrieken, of we ontwikkelen machines die door de batterijfabrieken zelf kunnen worden gebruikt voor de productie. Dit biedt Nederland de kans om celtechnologie beschikbaar te maken voor deze fabrieken, er zijn al twee bedrijven, LeydenJar en SALD actief bezig met dit proces.

Als je kijkt naar de waardeketen van batterijen zie je dat onze projecten op verschillende niveaus een efficiëntieslag opleveren.  In Nederland werken we zowel in NXTGEN als daarbuiten aan diverse innovatieve projecten die ons als batterijland op de kaart zetten. In de volgende afbeelding zie je hoe de bedrijven hun een plek innemen in de waardeketen.

Schaalbaarheid en innovatie: De route naar succes
Veel kansen dus, maar de uitdagingen zijn ook groot. Vooral omdat veel van deze technologieën worden ontwikkeld door startups en scale-ups. Batterijfabrieken, vooral in de sector van elektrische voertuigen (EV’s), stellen extreem hoge eisen aan de technologie. Om die fabrieken te overtuigen, richten we ons in eerste instantie op ons eigen zware industrie-ecosysteem, waar bedrijven zoals VDL en DAF deel van uitmaken. Dit is een belangrijke “stepping stone”: om de technologie verder te ontwikkelen en zodat er later een bredere uitrol mogelijk is naar de EV-markt.

Schaalbaarheid is een belangrijke uitdaging. Wat op kleine schaal werkt, is niet altijd eenvoudig op te schalen. Daarnaast is het financieel risicovol, omdat de benodigde machines groot en kostbaar zijn. Dankzij de financiering van het NXTGEN-programma kunnen we dit proces versnellen en de risico’s beperken.

Samenwerken aan de technologie van morgen
De bedrijven die aan dit project deelnemen, zoals LeydenJar, SALD, Powall en E-magy, zijn al bezig met opschaling. LeydenJar bouwt bijvoorbeeld een grotere versie van hun oorspronkelijke pilottool, die in een verder verleden eerder weer is ontwikkeld door TNO bij Holst Centre. SALD werkt aan een grotere versie van hun sALD-tool, en Powall ontwikkelt een pilotmachine voor 100 kg materiaal. Ook Emagy zet stappen om hun technologie op grotere schaal te implementeren.

Daarnaast spelen kennisinstituten een cruciale rol in dit project. Zij hebben diepgaande kennis van ALD-technologie en weten precies hoe ze verschillende lagen kunnen opbouwen op een manier die schaalbaar is. We richten ons ook op de combinatie van solid-state elektrolyten met siliciumanodes, wat essentieel is voor de veiligheid van batterijen. Deze nieuwe technologie wordt in de projectbatterijcellen getest om de prestaties en veiligheid te waarborgen.

Als toekomstig toeleverancier van batterijfabrieken: betekent dat dat we de grens over gaan?

Ja, absoluut. We willen straks toeleverancier worden voor de batterijfabrieken die zich buiten Nederland bevinden. Misschien komt er in Nederland wel een batterijfabriek om de R&D voor heavy-duty toepassingen te versnellen, maar het doel is uiteindelijk export. Als we in deze Nederlandse nichemarkt succesvol zijn, kunnen we onze technologieën naar de rest van Europa en de wereld exporteren.

De markt is momenteel zo groot dat er verschillende kansen zijn om marktaandeel te verwerven. Het is echter nog onduidelijk welke technologieën en bedrijven het meeste tractie zullen krijgen. Maar ik denk dat de markt groot genoeg is voor meerdere spelers en diverse oplossingen. Het succes van deze technologieën zal afhankelijk zijn van hoe goed ze kunnen opschalen en bewijzen dat ze werken. Daarom zijn die “stepping stones” zo belangrijk: we moeten bedrijven in staat stellen om op te schalen en te laten zien dat hun technologie betrouwbaar is. Vertrouwen in technologie is essentieel, en dat krijg je door de juiste stappen te zetten. Samen met de overheid, het bedrijfsleven en de potentiële markt. Dat onderstreept bijvoorbeeld het recente Tech Champions Manifest ook.

Wat betekent het groeifonds op dit moment voor de projectpartners?

De bedrijven die deelnemen aan het NXTGEN-project hebben op basis van hun roadmaps al investeringen opgehaald, maar de NXTGEN-financiering stelt hen in staat om de opschaling te versnellen. Het geeft ook vertrouwen aan investeerders, wat leidt tot verdere investeringen. Maar dit brengt ook verantwoordelijkheid met zich mee: bedrijven moeten bewijzen dat ze technologieën in handen hebben die klaar zijn voor de markt en dat ze over voldoende productiecapaciteit beschikken.

Er zijn vier bedrijven betrokken bij het NXTGEN-project, en ze hebben allemaal duidelijk gedefinieerde businesscases. Deze samenwerking heeft al geleid tot concrete stappen, zoals LeydenJar die heeft aangekondigd een fabriek te openen in Eindhoven, deels dankzij dit project. Het mooie van dit project is dat het versnelling brengt in dit soort initiatieven.

Wat zou je willen zien als het NXTGEN-project over drie jaar ten einde loopt?

Het belangrijkste doel is verdere opschaling. We zijn nu bezig met het opschalen van R&D-tools naar eerste pilot-tools, maar die pilots moeten uiteindelijk geïntegreerd worden in productieprocessen. De kloof tussen wat we nu kunnen en wat er straks in EV-fabrieken nodig is, is nog groot, dus dit proces moet in stappen worden gerealiseerd.

Idealiter draaien de eerste pilot-tools op verschillende locaties in Nederland (en mogelijk het buitenland) en is er al vraag naar nog grotere tools en orders van batterijfabrieken. De technologie die we nu ontwikkelen, heeft dan bewezen op grotere schaal te werken tegen de juiste kosten en prestaties. Dit zou leiden tot nieuwe orders en verdere opschaling.

De ideale toekomst is een volledig geïntegreerde toeleveringsketen van celtechnologie tot batterijpakket-integratie waarin alle schakels met elkaar samenwerken, innoveren en feedback geven. Maar het begint allemaal bij het volwassen maken van de celtechnologie en het aanbieden van diverse typen batterijen op basis van bewezen Nederlandse technologie. Hiermee kunnen we strategisch autonomer worden en minder afhankelijk van batterijen uit landen zoals China. Het Nederlandse innovatiebeleid en de stimuleringsfondsen spelen hierin een cruciale rol.