Op dit moment zijn lithium-ionbatterijen nog steeds standaard in elektrische auto’s en apparaten als smartphones. Toch kleven er veel nog veel nadelen aan. De oplossing ligt voor veel technici in zogenoemde solid state batterijen; batterijen die op vaste stoffen zijn gebaseerd. Dankzij onderzoek van Duitse onderzoekers is dat weer een stap dichterbij gekomen.
De huidige type batterijen hebben als nadeel dat ze niet al te krachtig zijn. Ze verbruiken hun lading snel, waardoor bijvoorbeeld de actieradius van een elektrische auto tot een paar honderd kilometer wordt beperkt. Het opladen duurt ook relatief lang.
De kern van deze accu’s is een vloeistof. Dat is noodzakelijk als geleidend medium tussen de positieve en negatieve pool. Ook is er bij dit type accu een koelcircuit nodig, dat ruimte in beslag neemt en ook nog eens extra gewicht betekent.
Dit is heel anders met de zogenaamde vastestofbatterijen. Hier worden de positieve en negatieve polen met elkaar verbonden door een zogenaamd vast elektrolyt in plaats van het licht ontvlambare, vloeibare elektrolyt. Ze zijn dus “droog”. De accu heeft geen extra koeling nodig en de energiedichtheid van de accu is ook hoger. Dit betekent dat er meer stroom kan worden opgeslagen bij minder gewicht en een kleiner volume. Dit betekent meer bereik, of liever gezegd een langere looptijd met een kortere laadtijd – en een lagere prijs. Bovendien is de solid-state accu aanzienlijk veiliger omdat er geen elektrolyten in de accuvloeistof zijn die oververhit kunnen raken en in brand kunnen vliegen.
Omschakeling naar solid state batterijen is nog toekomst
Onderzoekers van de Humboldt-Universität zu Berlin en de Justus-Liebig-Universität Gießen is het samen met industriepartner BASF gelukt om “de processen in een vastestofbatterij met lithium als negatieve pool en kopersulfide als positieve pool veel beter te begrijpen”.
“Kopersulfide, ook wel bekend als covellin, is een veelvoorkomend mineraal. Wat deze stof bijzonder maakt is een unieke combinatie van verschillende eigenschappen. Covellin kan heel gemakkelijk worden gevormd en geleidt uiterst efficiënt koperionen en elektronen “, legt Philipp Adelhelm uit, elektrochemicus en professor aan het Instituut voor Chemie van de Humboldt-universiteit. “In een solid state batterij met lithium als tegenelektrode leidt dit tot een verrassend efficiënte reactie. De batterij kan dus gedurende vele cycli worden opgeladen en vertoont beduidend betere eigenschappen dan andere sulfiden”.
De omschakeling naar solid state batterijen is echter een uitdaging, aangezien er nieuwe materialen en nieuwe productieprocessen moeten worden ontwikkeld, benadrukken de wetenschappers. Hoewel er al prototypes bestaan, wordt een mogelijke marktintroductie pas over vijf tot tien jaar verwacht.
“We zitten hier nog steeds midden in het basisonderzoek,” zegt professor Philipp Adelhelm. “We kunnen echter uit de resultaten wel zien wat een grote invloed de fysisch-chemische eigenschappen van een verbinding kan hebben op het gedrag van de batterij.”
Ook interessant: Doorbraak bij onderzoek naar milieuvriendelijke vloeibare accu
Publicatie: Macroscopic displacement reaction of copper sulfide in lithium solid-state batteries.
Aggunda L. Santhosha, Nazia Nazer, Raimund Koerver, Simon Randau, Felix H. Richter, Dominik A. Weber, Joern Kulisch, Torben Adermann, Jürgen Janek und Philipp Adelhelm.
Advanced Energy Materials, 2020, 2002394, doi: 10.1002/aenm.2002394 (open access organized by Projekt DEAL)
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
