(c) Unsplash - Louis Droege

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.

Keramik-Festkörperelektrolyte, Lithium-Ionen
Keramische vaste-stof-elektroliet (c) Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM

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:

Computational analysis of composition-structure-property-relationships in NZP-type materials for Li-ion batteries

Ook interessant:

Uitvinder lithium-ion-accu: “Volgende uitdaging is duurzaam maken batterij”

Nieuw vast elektrolyt voor meer geleidende solid-state batterij biedt oplossing voor elektrische auto’s

Word lid!

Op Innovation Origins lees je elke dag het laatste nieuws over de wereld van innovatie. Dat willen we ook zo houden, maar dat kunnen wij niet alleen! Geniet je van onze artikelen en wil je onafhankelijke journalistiek steunen? Word dan lid en lees onze verhalen gegarandeerd reclamevrij.

Over de auteur

Author profile picture Hildegard Suntinger is een schrijver. Ze woont in Wenen als freelance journalist en schrijft over alle aspecten van de kledingproductie. Ze is geïnteresseerd in nieuwe trends in design, technologie en business. Ze is vooral enthousiast over het ontdekken van interdisciplinaire tendensen en het vervagen van de grenzen tussen verschillende disciplines. Het belangrijkste element is de technologie, die alle gebieden van het leven en het werk verandert.