Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Wetenschappers hebben een batterij ontwikkeld die zowel bij hitte als vrieskou zijn werk goed doet. En deze komt goed van pas in elektrische auto’s.
Bij hoge temperaturen wordt het wegdek warmer dan de omgeving. En aangezien de accu van een elektrische auto zich onder de vloer – en daarmee dicht bij de weg – bevindt, moet hij wel met hitte kunnen omgaan. Zo niet, dan zal het batterijpakket snel slechter gaan functioneren.
Dat moeten we niet hebben, dachten onderzoekers van de University of California – San Diego. Ze kwamen onlangs met een lithium-ion-batterij op de proppen die temperaturen van 50 graden Celsius kan verdragen. Ook met koude temperaturen, tot -40 graden Celsius, heeft hij weinig problemen mee.
Lees ook:
Kortsluiting
“Een lithium-ion-batterij werkt door geladen lithiumdeeltjes door een separator (een wand met gaatjes) te laten zwemmen. Van de ene naar de andere elektrode”, legt elektrotechnicus Wouter Robers uit, niet betrokken bij de studie. “Dit zwemmen gebeurt in een vloeistof, de elektrolyt. Bij hoge temperatuur kan deze bederven, waardoor de batterij minder goed werkt. Dit is ook waarom je een telefoon beter niet te lang in de zon kan laten liggen.”
Maar bij heel lage temperaturen kunnen de lithiumionen niet goed door het elektrolyt bewegen. “In zo’n geval kunnen de deeltjes aan elkaar klonteren en vormen ze metalen draadjes in de batterij”, vervolgt Robers. “Als deze lang genoeg zijn, kunnen ze kortsluiting vormen.”
Het elektrolyt dat de onderzoekers in hun batterij hebben gestopt, is beter bestand tegen extreme temperaturen. Het bestaat uit een vloeibare mix van lithiumzout en dibutylether. De moleculen van deze laatste stof gaan een zwakke verbinding met de lithiumionen aan. Met andere woorden: als de batterij zijn werk doet, kan dibutylether de ionen snel loslaten. Dit verbetert de prestatie van de accu bij lage temperaturen. Verder blijft dibutylether ook bij hoge temperaturen vloeibaar; zijn kookpunt is namelijk 141 graden Celsius.
Milieuvriendelijker
Een fijne bijkomstigheid van het elektrolyt: het is geschikt voor een lithiumzwavelbatterij. Daarbij is de ene elektrode, de anode, gemaakt van lithium en de kathode van zwavel en koolstof. De batterij zou twee keer meer energie per kilogram op kunnen slaan dan de huidige lithium-ion-batterijen, en milieuvriendelijker zijn.
“Men is al jaren bezig om zo’n batterij te maken”, vertelt Robers. “Maar er zitten wel uitdagingen aan.” Zo zijn zowel de anode als de kathode erg reactief; de zwavelkathode lost steeds meer op naarmate de batterij langer zijn werk doet. Bij hoge temperaturen wordt dit probleem groter. Hierdoor gaan lithiumzwavelbatterijen maar enkele laadcycli mee.
Dit elektrolyt lijkt deze issues te voorkomen. Tijdens tests ging de batterij langer mee dan het met een conventioneel elektrolyt zou doen.
Tien jaar
De vervolgstappen van het Amerikaanse team zijn het opschalen van het elektrolyt, het laten functioneren van de batterij bij nog hogere temperaturen en het nog verder verlengen van de laadcycli. “Met de fase waarin dit onderzoek zich bevindt, zou ik stellen dat het nog wel ongeveer tien jaar duurt voordat deze technologie in batterijen terug te vinden is”, zegt Robers. Nog even geduld dus.
Beeld: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering