De vooruitgang van batterijen is van belang voor de energietransitie. Nu hebben Marnix Wagemaker, hoogleraar elektrochemische energieopslag, en collega’s de chaos in een batterij verhoogd door vijf zouten met elkaar te mixen. Die chaos vertaalde zich al snel in iets opmerkelijks: Een aanzienlijke verlenging van de levensduur van de batterij. “De levensduur van Li-ion batterijen is een belangrijk puzzelstuk met name voor nieuwe generaties batterijen.”
Het zou best wel eens een big deal kunnen zijn, gaat Wagemaker van start. Want ook een verlenging van de levensduur met bijvoorbeeld tien procent is volgens de onderzoeker al relevant. Testen met het elektrolyt op grote schaal moeten nog plaatsvinden. “Maar in ons lab gaan diverse typen lithium-ion batterijen dankzij deze doorbraak soms wel tot twee keer zo lang mee.”
De doorbraak op moleculair niveau
In een lithium-ion batterij zit een substantie, de elektrolyt, bestaande uit een vloeistof met daarin lithium zout. De positief geladen lithium ionen hierin ‘zwemmen’ tussen de plus en de min van de batterij tijdens het laden en ontladen. Vooral bij de min aangekomen, gaat de vloeistof en het zout kapot. Hierdoor vormt zich een laagje van kapot gegaan elektrolyt, en hoe stabieler dit laagje, hoe langer de levensduur van de batterij. Door een cocktail te maken van vijf verschillende zouten, zorgen de Delftse wetenschappers ervoor dat dit laagje stabieler wordt, waardoor de levensduur verbeterde.
De mobiliteit
Voor de energietransitie is energieopslag in batterijen essentieel, zoals voor elektrische mobiliteit en voor korte termijn opslag van zon en wind energie. Een langere levensduur heeft alleen maar voordelen, de batterij wordt goedkoper en er hoeft minder vaak gerecycled te worden.
Levensduur is met name een uitdaging voor toekomstige lithium-ion batterijen die mikken op een hogere energiedichtheid, waardoor een elektrische auto verder kan rijden. De huidige bevinding kan daarom van betekenis zijn om de ontwikkeling en introductie van dit soort nieuwe batterijen te versnellen.
Een goed voorbeeld hiervan zijn silicium anodes van LeydenJar, een Nederlandse start-up, waarmee de energiedichtheid van lithium-ion batterijen flink omhoog gebracht kan worden. Het bedrijf gaat de elektrolyt van Wagemaker en collega’s testen. Als de ontwikkelde cocktail van zouten ook voor Leyden-Jar werkt, zou dit een flinke duw in de rug zijn voor deze lithium-ion silicium technologie.
Volgende generatie natrium-ion batterijen
Hoewel lithiumbatterijen nu overal toegepast worden, omdat het simpelweg de beste batterij is, valt nog te bezien of er genoeg lithium voorraden zijn op de wereld omdat de vraag ernaar vanwege de energietransitie alleen maar toeneemt.
“Daarom kijken we ook verder, en willen we de toepassing van dit elektrolyt concept ook in bijvoorbeeld volgende generatie natrium-ion batterijen onderzoeken, want natrium is zeer voorradig op de wereld en makkelijk te winnen uit zeezout. Stel onze oplossing doet zijn werk net zo goed in zo’n natriumbatterij, dan helpt dit wellicht de introductie van dit type batterij, waardoor we minder afhankelijk worden van lithium.”
Aan de knoppen draaien
Terwijl LeydenJar geïnteresseerd is, en het elektrolyt in combinatie met hun silicium anode technologie test, duiken de Delftse onderzoekers weer het lab in voor verdere exploratie. Volgens Wagemaker zijn er nog vele zaken die beter begrepen moeten worden in deze complexe elektrolyten. Wellicht kan de de levensduur nog verder omhoog met een meer optimale mix van zouten. We moeten gaan uitvinden wat de optimale combinatie is voor welke batterij technologie.”
Of de ontdekking al op korte termijn iets kan betekenen voor de energietransitie is nog lastig te zeggen. Maar de wetenschapper is optimistisch. “Als LeydenJar tot positieve resultaten komt, dan kan het heel snel gaan. Maar eerst zien, dan geloven.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
