Onderzoekers van onder meer het Amerikaanse MIT hebben mogelijk de weg vrijgemaakt voor de ontwikkeling van betere lithium-batterijen.

De ontwikkeling van elektrische auto’s wordt beperkt door het gewicht en de hoeveelheid energie die je erin op kunt slaan. En dus wordt er overal ter wereld hard gewerkt aan batterijen die niet alleen lichter zijn, maar die ook de actieradius van een elektrische auto kunnen vergroten. En oh ja, als die dan ook nog een stuk langer mee kunnen gaan, kan de champagne helemaal uit de kast. Bij de Battelle Energy Alliance (BEA), een samenwerkingsverband van het Amerikaanse ministerie van Energie en verschillende universiteiten, is een mogelijke doorbraak ophanden.

Lees ook:

• Nieuwe methode om accu snel op te laden
• De grootste batterijdoorbraken van 2019
• Gaat de lithium-zwavelbatterij het helemaal maken?

Lithium

De beste batterijen van het moment zijn lithium-ion-accu’s, maar die zijn niet zonder problemen. Om de anode en de kathode van elkaar te scheiden, wordt een elektrolyt gebruikt dat tijdens het laden en ontladen lithiumionen doorlaat. Dat elektrolyt is een vloeibare; gemaakt van een polymeergel. Maar die gel is nogal explosief en zorgt er af en toe voor dat lithium-ion-batterijen nogal heftig uit elkaar klappen.

Barstjes in batterijen

Een vast elektrolyt zou wat dat betreft beter zijn, maar het ontwikkelen blijkt lastig. Tijdens het laden en ontladen zetten de verschillende materialen uit en krimpen weer. Met als gevolg dat er naar verloop van tijd barstjes ontstaan in zowel het vaste elektrolyt als de vaste anode. En dat heeft weer gevolgen voor de levensduur van de batterij. Bovendien tast het lithium na een tijdje het elektrolyt aan en ook dat leidt op termijn tot problemen.

MIEC en ELI

Ju Li (foto hierboven) en zijn team van BEA sloegen een andere weg in en ontwikkelden een nieuw soort anode met behulp van mixed ionic-electronic conductors (MIEC) en electron and Li-ion insulators (ELI). De truc, zo valt te lezen in vakblad Nature, is dat ze een soort honingraatstructuur bouwden met buisjes van MIEC. Die vulden ze met lithium, maar lieten aan het uiteinde een beetje ruimte, zodat het metaal daar tijdens het laden in kon uitzetten; een beetje zoals een zuiger in een cilinder. Daardoor veranderen de dimensies van de anode tijdens het laden en ontladen niet en ontstaan er geen barstjes. Die buisjes zijn met een middellijn van 100 tot 300 nanometer (0,0001 tot 0,0003 millimeter) nogal klein en er zijn dus miljarden van die minieme ‘zuigertjes’. ELI zorgt daarbij voor een goede verbinding tussen de buisjes en het vaste elektrolyt.

Mobiele vooruitgang

Het team heeft de nodige tests gedaan en de nieuwe aanpak lijkt te werken. Ook na 110 laadcycli (één cyclus is laden, ontladen en weer laden) trad er geen enkele scheurvorming op.  

Li hoopt nu dat het nieuwe anode de aanzet is tot de ontwikkeling van solid state-batterijen van puur lithium. Die zouden zo’n 75 procent lichter zijn dan de bestaande accu’s en toch evenveel energie op kunnen slaan. Overigens denkt Li niet alleen aan elektrische auto’s, maar ook aan nieuwe batterijen voor mobiele telefoons die daardoor in plaats van één keer per dag, hooguit eens in de drie of vier dagen opgeladen hoeven te worden.

Bronnen: Nature, BEA via EurekAlert!

Beeld: MIT

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!