Lithium-ionaccu’s worden nu in bijna alle mobiele apparaten als energiebron gebruikt. Het belang van krachtige en veilige accu’s neemt alleen maar toe. Wetenschappers zien vooral de zogenoemde solid-state accu als antwoord op de vraag naar een milieuvriendelijke en bedrijfszekere accu. Deze krachtbron met keramische vaste-stof-elektrolyten worden als veelbelovend beschouwd. Het voordeel daarvan is een een aanzienlijk lager explosierisico en bij ongevallen geen extra schade door ontsnappend zuur.
Eigenschappen van keramische vaste-stof-elektrolyten
De wetenschapper Daniel Mutter, van het Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, heeft nu ontdekt hoe keramische vaste-stof-elektrolyten chemisch moeten worden samengesteld om de huidige zwakke punten van lithium-ionbatterijen te elimineren.
Over het algemeen hebben keramische vaste-stof-elektrolyten een gebrek aan ionische geleidbaarheid. Dat komt door het keramische materiaal. De enige uitzondering is de klasse van NZP ( NaZr2(PO4)3))-keramiek. De structuur van die stof maakt migratieroutes mogelijk waarlangs lithium-ionen gemakkelijk kunnen bewegen.
Simulatie op een supercomputer
Mutter is er in geslaagd om verschillende veelbelovende combinaties van chemische elementen voor NZP-keramiek te identificeren. Hij werkte met atomistische simulaties. Zo kon hij zonder feitelijke chemische synthese, betrouwbare uitspraken doen over de eigenschappen van verschillende elementverbindingen. De simulaties werden uitgevoerd op het Steinbuch Supercomputer Center van het Karlsruher Institut für Technologie.
Nu wil Mutter de verbindingen die geschikt zijn voor keramische vaste-stof-elektrolyten, combineren met zeer krachtige lithium-metaalanoden. Dat is niet mogelijk met de gebruikelijke vloeibare elektrolyten. Deze reageren sterk met metallisch lithium en beschadigen zo de batterij.
Uit tests die nu volgen, moet blijken of zo’n solid-state accu daadwerkelijk een hogere energie- en vermogensdichtheid kan bereiken. Dat zou betekenen dat de oplaadtijd korter wordt en de accu veel langer stroom kan leveren. Ook is zo’n accu aanzienlijk lichter.
Originele publicatie:
Ook interessant:
Uitvinder lithium-ion-accu: “Volgende uitdaging is duurzaam maken batterij”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
