De elektrische auto is niet meer te stoppen. Het is een kwestie van tijd voor de laatste auto’s met verbrandingsmotor van de band rollen. Daar zijn de meeste analisten het wel over eens. Dat wil echter niet zeggen dat alle technische problemen van de E-auto zijn opgelost. Twee problemen houden veel consumenten nog af van een aankoop: de beperkte afstand die met een volle accu kan worden gereden en de duur van het tanken.
De meest voor de hand liggende oplossing is het verbeteren van de accu’s, waar duizenden onderzoekers mee bezig zijn. Zo ook onderzoekers van de Friedrich-Schiller Universiteit Jena. Samen met collega’s van Boston University en de Wayne State University uit Detroit maken zij nu melding van een nieuwe vinding op het gebied van lithium-metaal accu’s. Ze doen dat in het vakblad Advanced Energy Materials.
De onderzoekers beweren een oplossing te hebben gevonden voor de vorming van zogenoemde dendrieten in de lithium-metaal “solid state” accu’s. Dendrieten zijn een soort boomvormige structuren vergelijkbaar met ijskristallen op het raam in de winter. Die dendrieten beperken de efficiëntie en levensduur van accu’s.
Hoe ontstaat deze kristalvorming?
De dendrieten (kunnen) ontstaan tijdens het opladen. Tijdens het laden bewegen lithiumionen heen en weer tussen de anode en kathode van de accu (+ en -). Telkens wanneer zij een elektron oppikken, zetten zij een lithiumatoom af bij de anode. Dit is waar de dendrieten kunnen ontstaan als het ionentransport niet constant verloopt.
“Daarom hebben we op de separator – de scheiding tussen anode en kathode – een extreem dun, tweedimensionaal membraan van koolstof aangebracht, waarvan de poriën een diameter hebben van minder dan één nanometer,” legt professor Andrey Turchanin van de Universiteit Jena uit.
“Deze minuscule openingen zijn kleiner dan de kritische kerngrootte en verhinderen dus de nucleatie die leidt tot de vorming van dendrieten. In plaats van dendritische structuren te vormen, wordt het lithium nu als een gladde film op de anode afgezet.” Er is volgens hem geen risico dat het scheidingsmembraan hierdoor wordt beschadigd en de functionaliteit van de batterij wordt niet aangetast.
honderden keren laden
“Om onze methode te testen, hebben we testaccu’s, die waren voorzien van ons Hybrid Separator Membrane, heel vaak opgeladen,” zegt Dr. Antony George van de Universiteit van Jena. “Zelfs na honderden laad- en ontlaadcycli konden we geen dendritische groei herkennen.”
“De belangrijkste innovatie is het stabiliseren van de elektrode/elektrolyt-interface met een ultradun membraan dat het huidige productieproces van accu’s niet verandert,” zegt universitair hoofddocent Leela Mohana Reddy Arava van Wayne State University. “De stabiliteit van de interface is de sleutel tot het verbeteren van de prestaties en de veiligheid van een elektrochemisch systeem.”
Het grote voordeel van de door Jena geteste accu’s is dat ze een grotere energiedichtheid hebben dan de nu meestal gebruikte lithium-ion accu’s. Er zijn dus minder accu’s nodig voor langer rijplezier. Andere instituten zijn ook bezig met het oplossen van het dendrieten-probleem, zoals blijkt uit deze video van het Toyota Research Institute.
Lees ook ons artikel over het Nederlandse bedrijf SALD.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
