Onderzoekers van het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) en het Helmholtz Institut Ulm hebben een lithium-metaal accu ontwikkeld met een hoge energiedichtheid van 560 watt per kilo en een opslagcapaciteit van 214 milliampère per gram. De accu is bovendien buitengewoon stabiel. Zelfs na 1000 laadcycli is minimaal 88% van de capaciteit in takt.
Dat lithium-metaal accu’s een hogere energiedichtheid hebben dan de klassieke lithium-ionen accu’s, was al langer bekend. Het probleem zit hem in de chemische reactie die plaatsvindt tussen elektrolyt en metaaldelen.
De truc die de onderzoekers hebben gevonden, is uitgaan van een nikkelhoudende kathode (een van de polen in een accu) in combinatie met een nieuw soort elektrolyt (de vloeistof of het materiaal tussen beide polen).
LP30
Voor het onderzoek – dat is gepubliceerd in het blad Joule – werd eerst getest met een kobaltarme en nikkelrijke kathode van het type NCM88, samen met een normaal verkrijgbare elektrolyt (LP30).
Na duizend laadcycli was de capaciteit van deze accu gezakt tot ruim onder de 40%. Voor een elektrische auto is dat uiteraard veel te weinig. Het betekent veel vaker langs een laadpaal.
“Het probleem van de elektrolyt LP30 is dat er kleine barsten ontstaan in de kathode”, zegt Stefano Passerini, leider van het projectteam elektrochemie bij het Helmholtz Institut. “In die barsten reageert de elektrolyt en maakt de structuur kapot. Er ontstaat bovendien een lithium-mosachtige laag op de kathode, wat de energiecapaciteit aantast.”
Oplossing
De oplossing is LP30 vervangen door een vluchtig, niet ontvlambaar ionische vloeibare elektrolyt met twee anionen (ILE).
“Met behulp van ILE konden we de structuurverandering in de kathode sterk beperken”, aldus Guk-Tae Kim, een van de onderzoekers.
Waarom belangrijk?
In de wetenschap worden alle doorbraken op dit terrein op de voet gevolgd. De meeste elektrische auto’s rijden nu rond met lithium-ionen-accu’s. Dat is een betrouwbare technologie die ook wordt gebruikt in mobieltjes.
Nadeel is echter de geringe energiedichtheid in verhouding tot de massa. Met andere woorden, een lithium-ionen-accu neemt veel ruimte in. Bij de lithium-metaal accu is de massa minder een issue. Daar draait het om de stabiliteit, en daar lijken de Duitsers nu op het goede spoor.
Zie ook onze andere artikelen over lithium-metaal accu’s.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
