De hele wereld wacht op de superbatterij van challenger LeydenJar

‘Ik ben hier een van de weinigen die Nederlands spreekt. En als niet-gepromoveerd natuurkundige ben ik zeker niet de knapste’, lacht Ewout Lubberman, head of product van LeydenJar.

Hij wijst naar een clubje batterijwetenschappers dat even verderop vergadert in Plus Ultra, het fonkelnieuwe gebouw waarin de Leidse batterij-startup net zijn kantoor en lab heeft ingericht.

Proeffabriek in Eindhoven

LeydenJar is een van de eerste huurders in het gebouw op het Science Park en draait op volle toeren. In het lab worden honderden batterijen getest: in flinke klimaatkasten worden ze talloze malen opgeladen en weer ontladen, om na te gaan hoelang ze meegaan.

Een ruimte verder zijn die batterijen samengesteld, uit elektroden en een folie die uit de eigen proeffabriek in Eindhoven is komen rollen. Eindhoven is de tweede poot waarop LeydenJar staat, een vestiging midden in het ecosysteem van de Brabantse halfgeleider- en solarindustrie.

Folie met silicium

En om die folie draait alles: de sleutel tot een batterij die per kilo vele malen meer stroom levert dan wat we nu gewend zijn. Het is koperfolie, vergelijk het met de rol aluminiumfolie uit je keukenla. Maar de manier waarop LeydenJar er een flinterdun laagje silicium op weet aan te brengen, maakt dat het in feite van goud is.

De folie wordt namelijk verpakt tot een lithium-ionbatterij met een weergaloze energiedichtheid. En dat is belangrijk, in een industrie die in een race is verwikkeld om batterijen te leveren die zo licht en toch krachtig mogelijk zijn.

70 procent meer inhoud

‘We kunnen veel meer energie opslaan per volume dan de nieuwste batterijen die Tesla in zijn auto’s stopt’, claimt Lubberman. ‘Daarin zijn we echt wereldkampioen.’ In cijfers: de Leidse wonderbatterij kan 1.400 Wh per liter opslaan, maar liefst 70 procent meer dan wat nu gangbaar is.

In de batterij van LeydenJar is de anode dankzij die folie van puur silicium. En zeker, andere batterij-startups werken ook aan anodes met zoveel mogelijk silicium. Soms zetten ze daarvoor nanotechnologie in, of combinaties van silicium met andere materialen. Maar die 100 procent puurheid die LeydenJar heeft weten te bereiken, haalt niemand.

Zonnecel 2.0

Silicium zet namelijk uit zodra een batterij wordt opgeladen en de lithium-ionen gaan stromen. Daardoor houdt een anode het nooit lang vol. ‘Wij hebben een manier gevonden om het silicium poreus aan te brengen, in een soort bloemkoolvorm. Daardoor krijgt het voldoende ruimte om uit te zetten zonder dat de anode daardoor beschadigd raakt.’

Het is deze vinding waarop LeydenJar in 2016 is opgericht, als spin-out van TNO. Het mooiste van de disruptieve batterijtechniek is nog wel dat hij als ‘bijvangst’ is ontstaan, vanuit een poging om een flexibele zonnecel te maken op basis van koperfolie. Ere wie ere toekomt: de uitvinder is Wim Soppe, senior onderzoeker van het toenmalige ECN in Eindhoven.

Dat die toevallige ontdekking business kon worden, en een scaleup waar de internationale automotive en elektronica-industrie de deur platlopen, met een eigen proeffabriek en tientallen miljoenen aan subsidies en vc-geld, is te danken aan oprichters Christian Rood (foto boven) en Gabriël de Scheemaker.

Zij begeleidden al langer kennisinstellingen, bedrijven en ondernemers met als doel nieuwe bedrijven van de grond te krijgen rond technologie. Toen ze bij TNO tegen de silicium-anode aanliepen, besloten ze die zelf als startupondernemers van de grond te trekken.

Fundamenteel nieuwe deep tech

Omdat het om fundamenteel nieuwe deep tech gaat, stonden investeerders aanvankelijk niet in de rij om LeydenJar een vliegende start te geven. Lubberman: ‘We konden weinig meer laten zien dan een glasplaatje met wat silicium erop.’

Met geld van angels en subsidie wisten de oprichters toch een eerste prototype te laten ontwikkelen. ‘Nog zonder eigen lab, in samenwerking met externe wetenschappers, wat wel omslachtig was. Er zaten weken tussen elke sample die je bij wijze van proef bestelde bij de labs waarmee we samenwerkten. Nu kunnen we in eigen huis tientallen samples per dag draaien als dat nodig is.’

In 2019 opende LeydenJar zijn eigen proeffabriek, na een eerste investeringsronde waarbij onder andere regionale investeerders Brabantse Ontwikkelingsmaatschappij BOM en InnovationQuarter instapten. In combinatie met meer wetenschappers in eigen huis gaf dat de ontwikkeling van de batterij een push.

Proeven met automotive en elektronica-industrie

Wat ook in een volgende versnelling kwam, was de samenwerkingen met partijen uit de automotive en de elektronica-industrie. Namen mag de batterijfabrikant niet noemen, maar met alle grote Europese namen is gepraat. En met diverse fabrikanten en toeleveranciers lopen nu kwalificatieprojecten, waarin de Leidse batterijtechniek op de proef wordt gesteld en verder ontwikkeld.

Dat is een kwestie van het productieproces verfijnen en de levensduur van de batterij verder oprekken. De projecten met grote potentiële klanten hielpen LeydenJar bij het ophalen van een serieuze A-ronde van 22 miljoen euro.

Invest-NL aan boord

In de zomer van 2021 stapten de Nederlandse windparkeninvesteerder Yard Capital in, samen met staatsfonds Invest-NL, dat zo’n beetje is opgericht om deep tech-startups als LeydenJar van funding te voorzien. Ook het Amerikaanse Catalus Capital deed mee, gespecialiseerd in de batterijsector.

Sinds die ronde van 22 miljoen euro draait het vliegwiel achter de startup, die in 2021 ook in de MT/Sprout Challenger50 werd opgenomen, in weer een hogere versnelling. Op weg naar massaproductie is het werknemersbestand uitgebreid tot meer dan zestig. Er wordt een ‘echte’ fabriek voorbereid, die in 2026 moet gaan draaien. De meters folie die uit Eindhoven komen rollen, worden met elke run beter van kwaliteit.

Trade-offs bij ontwikkeling

Daarmee is niet gezegd dat LeydenJar het koper met silicium tot goud kan omtoveren. De levensduur van zijn batterij is nu opgerekt tot 400 keer opladen en ontladen bij een degradatie van 20 procent. Gecombineerd met de hoge energiedichtheid van LeydenJars anodes is dat al bijna voldoende voor pakweg de eisen die een smartphonefabrikant stelt.

Maar zo’n beter uithoudingsvermogen heeft weer invloed op andere eigenschappen, legt Lubberman uit. ‘Er is altijd een trade-off. Voordat we echt een voorspelbare kwaliteit kunnen bieden waarmee de batterijproducenten blind aan de slag kunnen, zijn we nog wel wat kilometers folie verder.’

Eerst smartwatches en wearables

Voordat we in een elektrische auto stappen met de Leidse superbatterij kunnen we eerst smartwatches en smartphones tegemoetzien. ‘We hebben gekozen voor consumentenelektronica, omdat daar een batterij in zit die veel kleiner is en ook relatief meer waarde toevoegt, wat de prijsgevoeligheid kleiner maakt. Bovendien is het een kwestie van volume: we kunnen straks op tijd voldoende produceren voor zeg 10 miljoen smartphones per jaar. Maar auto-accu’s van 100 kWh vergen een nog veel grotere productiecapaciteit.’

En dan is er de uitdaging om voldoende goede ingenieurs binnen te krijgen. ‘Je wilt niet weten hoeveel duizenden batterij-experts alle autofabrikanten op dit moment aannemen. Je moet bedenken: alle ingenieurs die werkten aan verbrandingsmotoren worden vervangen door mensen met verstand van batterijen.’

Tegen de salarissen die VW daarop stukslaat, kan LeydenJar niet op. ‘Maar bij ons kunnen wetenschappers meewerken aan het realiseren van een droom: de next-gen batterijtechnologie. Dat vinden ze gelukkig veel spannender.’

Amerikaanse concurrenten van LeydenJar

Concurrentie op de arbeidsmarkt is een ding, LeydenJar concurreert natuurlijk ook met andere startups – om personeel én een deel van de toekomstige afzetmarkt. In de VS werken partijen als Solid Power, Sila en Enovix ook aan de batterij van de toekomst. Stuk voor stuk met anodes op basis van silicium, en met soms honderden miljoenen aan funding – uitgerekend afkomstig van partijen als Volkswagen en Porsche. 

‘Klopt. En sommige concurrenten zijn misschien zelfs iets dichter bij de marktintroductie, zegt Lubberman. ‘Maar wij zijn de enige die de 100 procent silicium halen. Daardoor zullen ze niet in de buurt komen van onze energiedichtheid.’

Lees meer over Nederlandse innovaties:

• Eindhovenaren ontwikkelen elektrische auto die CO2 uit de lucht haalt
• Hoe Frank Visser met Firefly honderden bedrijven verduurzaamt
• Vliegen op waterstof: Nederlanders willen in 2028 eerste commerciële vlucht