Mobiele telefoons, notebooks, digitale camera’s, draadloze schroevendraaiers of grasmaaiers. Zonder de oplaadbare lithium-ion batterijen zouden veel dingen in het dagelijks leven bijna ondenkbaar zijn. De oude vertrouwde nikkel-cadmium-batterij is vrijwel verdwenen. Lithium-ionbatterijen kunnen namelijk veel grotere hoeveelheden energie opslaan bij hogere voltages. Duitse wetenschappers onderzoeken nu hoe de prestaties nog verder verbeterd kunnen worden. Er zijn namelijk problemen.
In een lithium-ionbatterij zit veel meer stroom dan in een gewone batterij. Maar door die hogere spanning is hij ook minder stabiel. Dit leidde tot diverse problemen bij het begin van de ontwikkeling in de jaren negentig. De elektrolyten die destijds nodig waren om ionen te transporteren, werden door de hoge spanning aangetast. Na verloop van tijd konden wetenschappers echter een speciaal mengsel van verschillende carbonaten gebruiken. Met ethyleencarbonaat en dimethylcarbonaat kun je elektrolyten maken die veel langer stabiel blijven. Batterijen waarin het ethyleencarbonaat was vervangen door het chemisch sterk gelijkende propyleencarbonaat waren echter al na enkele laad- en ontlaadprocessen opgebruikt.
Stabiele laag
Waarom zij zo snel faalden na zulke kleine veranderingen was toen volstrekt onduidelijk. Jaren later ontdekten onderzoekers dat “verkeerde” carbonaten niet stabiel zijn bij hoge celspanningen. Indien echter de “juiste” carbonaten worden gebruikt, vormen de ontledingsproducten een stabiele laag die slechts enkele nanometers dik is en de elektrolyt tegen verdere ontleding beschermt. Deze laag moet echter nog meer kunnen. Hij moet ook lithium-ionen kunnen transporteren. Anders zou het transport van ladingsdragers in de cel worden onderbroken. De batterij begeeft het dan en levert geen energie meer.
Een team van onderzoekers aan de TU Ilmenau onder leiding van Prof. Andreas Bund, hoofd van de afdeling Elektrochemie en Galvano, wil nu samen met wetenschappers van de Universiteit van Marburg in een driejarig project onderzoeken hoe deze laag kan worden verbeterd. De zogenaamde passiveerlaag die zich tijdens de werking van de batterij vormt, moet anders worden ontworpen. “De laag moet de elektrolyt beter beschermen tegen verdere ontleding, maar ook de ionen beter geleiden”.
Verbeteringen
Uiteindelijk willen de wetenschappers drie vliegen in één klap slaan. Ze willen een lithium-ionbatterij die sneller en efficiënter oplaadt, die goedkoper te produceren is en ook nog eens langer meegaat. Om dit alles te bereiken, maken de onderzoekers gebruik van verschillende in-situ methoden – sommige op nanometerschaal – om te observeren hoe deze laag wordt gevormd.
Prof. Andreas Bund: “Ik ben optimistisch over de kans dat we dit voor elkaar kunnen krijgen.”
Ook interessant:
Hergebruik van batterijen uit oude elektrische auto’s is duurzaam, maar wie geeft er garantie op?
Solid-state accu is lichter, veiliger en levert langer stroom
Dat is pas een batterij: milieuvriendelijk en met een superlange levensduur
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
