Onderzoekers van de Amerikaanse Northwestern-universiteit hebben een nieuw soort lithium-ion-batterij bedacht. Eentje die tien keer sneller kan worden opgeladen dan bestaande modellen en ook tien keer langer stroom kan leveren.

Lithium-ion-batterijen zitten in bijna alle gadgets die ons leven veraangenamen: van tablet-pc’s tot fototoestellen en van handhelds tot smartphones. Die kunnen steeds meer, maar vreten daardoor ook steeds meer energie.

Als een apparaat wordt aangezet, schieten ionen van de anode in de batterij door de elektrolyt naar de kathode. En als hij aan de oplader wordt gezet, gaan de ionen in omgekeerde richting. Probleem is dat de bestaande anodes, gemaakt van laagjes koolstof (grafeen), niet zo gek veel lithium kunnen vasthouden: zes grafeenatomen kunnen slechts één lithiumatoom herbergen. En dat heeft gevolgen voor de laadtijd van de accu. Er ontstaat een soort opstopping van lithiumionen, waardoor het lang duurt voordat ze zich naar de ‘uithoeken’ van het grafeen hebben gewerkt.

Een jaar geleden meldden we al dat onderzoekers van de Amerikaanse Rice-universiteit een manier hadden gevonden om met behulp van silicium de capaciteit van lithium-ionbatterijen flink te vergroten. Deze stof is ook de basis voor de vinding van de Northwestern-onderzoekers.

Silicium onder de elektronenmicroscoop. (Foto: Northwestern University)

Silicium kan, zoals de onderzoekers van Rice ook al opmerkten, veel meer lithium vasthouden: maar liefst vier lithiumatomen voor elk siliciumatoom. Maar het Northwestern-team, onder leiding van Harold Kung, kwam op het idee om kleine clusters silicium en lithium tussen de platen grafeen te plaatsen. Dat vergroot de capaciteit van de batterij behoorlijk en door met een chemisch proces gaatjes van 10 tot 20 nanometer in die grafeenplaatjes te maken, krijgen lithiumionen als het ware een sluiproute. Ze kunnen daardoor sneller naar hun plek komen.

Dat zou uiteindelijk kunnen leiden tot bijvoorbeeld een smartphonebatterij die in vijftien minuten volledig is opgeladen en meer dan een week stroom kan leveren. Volgens Kung zouden de nieuwe batterijen ergens in de komende twee tot vijf jaar op de markt kunnen komen.

Bronnen: Wired/Northwestern University