De wonderbaarlijke aluminium-batterij in het lab

Lithiumbatterijen zijn op het moment de bovenkant van het opslagdomein, maar wellicht gaat aluminium ‘roet’ in het lithiumeten gooien. Onderzoekers uit China, Taiwan en de VS hebben een aluminiumbatterij ontwikkeld met aluminium als smaakmakend bestanddeel, dat uiterst snel is op te laden (in 1 minuut, is het verhaal) en niet in de fik zou kunnen vliegen, zoals bij lithiumbatterijen nog wel eens gebeurt. “We hebben een oplaadbare aluminiumbatterij ontwikkeld, die de plaats zou kunnen innemen van bestaande lithium-ionbatterijen”, zegt onderzoekers Hongjie Dai van de Amerikaande Stanford-universiteit. “Onze batterij brandt niet, zelfs al boor je er een gat in.”

Aluminium is al lang een aantrekkelijk materiaal voor batterijen. Het is goedkoop, niet erg brandbaar en heeft een een hoge opslagcapaciteit aan elektriciteit. Toch lukte het maar niet met succes een aluminiumbatterij te maken. Voornaamste hinderpaal was om materialen te vinden die voldoende spanning produceren na een redelijk aantal laad/ontlaadcycli. Een aluminium-ionbatterij heeft een anode van aluminium en ? voor de kathode. Dai: “Mensen hebben allerlei materialen geprobeerd voor de kathode. Wij ontdekten toevallig de simpele oplossing: grafiet, in feite koolstof. We hebben een aantal grafietsoorten gevonden die uitstekend voldoen.” Dat klinkt heel opmerkelijk als je weet dat koolstofelektrodes al sinds jaar en dag toegepast worden in batterijen.
De ‘Chinese’ batterij (het persbericht waarop ik dit baseer komt van de Amerikaanse universiteit, maar de meeste onderzoekers komen uit China en Taiwan) heeft, dus, een aluminium anode een grafiet kathode en een ionische vloeistof als elektrolyt tussen beide elektroden. “De elektrolyt is in feite een zout, dat vloeibaar is bij kamertemperatuur en, dus, veilig”, zegt medeonderzoeker Ming Gong. Veiligheid is een belangrijk verkoopargument van de onderzoekers. Sommige vliegmaatschappijen zouden al geen grote hoeveelheden lithiumbatterijen meer willen vervoeren vanwege het brand- en explosiegevaar.
Dai denkt dat behalve op het vlak van veiligheid hij en zijn medeonderzoekers iets hebben bereikt op het gebied van prestatie. De batterij zou in een minuut op te laden zijn. Probleem met eerdere probeersel van de alu-batterij is dat ze al na een beperkt aantal oplaadbeurten de geest gaven. De nieuwe vinding zou na 7500 beurten nog op volle capaciteit werken. Een gewone lithium-ionbatterij zou het maar 1000 laadcycli uithouden. Volgens de onderzoeker is de alu-batterij bij uitstek geschikt om ook te worden gebruikt als accu voor de opslag van hernieuwbare energie uit wind en zonlicht. “Onze nieuwste nog niet gepubliceerde gegevens zouden uitwijzen dat de batterij tienduizenden keren zou kunnen worden opgeladen. Bovendien is het moeilijk je een grote lithium-ionaccu voor te stellen voor grootschalige opslag van elektriciteit.” Daar zou dan nog eens bijkomen dat de alu-batterij een milieuvriendelijk alternatief zou zijn voor de alkalische batterijen, de wegwerpbatterijen.
De lithiumbatterijen hebben in mobiele apparatuur voorlopig nog niets te duchten. Dai: “Onze batterij produceert de helft van het voltage van een lithiumbatterij, maar met het verbeteren van het kathodemateriaal (het grafiet; as) kunnen we ook het voltage en de energiedichtheid vergroten.”

Bron: Science Daily