Vaste lithiumbatterij zou ideaal zijn voor energieopslag (afb: ETHZ)
Lithiumionbatterijen zijn populair, maar ze willen nog wel eens in de fik vliegen. Het schijnt dat er zo’n half jaar geleden in het Zwitserse stadje Steckborn aan het Bodenmeer een rij huizen afgebrand te zijn doordat li-batterijen in vlammen opging tijdens het laden.Onderzoekers van de technische hogeschool in Zürich (Zwi) hebben nu een li-batterij ontwikkeld die geheel uit vaste stof bestaat. Daarmee wordt de batterij niet alleen veiliger, maar zou, in principe, ook sneller oplaadbaar zijn.
Lithiumionbatterijen hebben, zoals de meeste batterijen, vaste elektrodes met daartussen een vloeistof of een gel als elektrolyt (elektrisch geleidend materiaal). Als je die batterij niet goed oplaadt (‘overlaadt’) of je laat de batterij in de hete zon liggen, kan de vloeibare elektrolyt ontvlammen en de gel fors uitzetten. Dat gaat dus wel eens mis.
Met vastestofbatterijen is dat niet mogelijk. Daar zijn zowel elektrodes als elektrolyt vaste stoffen. Daar schijnt over de hele wereld aan gewerkt te worden. “Vaste elektrolyten branden niet, zelfs niet als ze tot hoge temperaturen worden verhit of blootgesteld worden aan lucht”, zegt onderzoekster Jennifer Rupp.
De grote uitdaging voor een vaste elektrolyt is dat die in staat moet zijn ladingen door te geven met zo min mogelijke weerstand. De onderzoekers construeerden in het lab een batterij in lagen met een lithiumverbinding als elektrolyt. Die lithiumverbinding (‘lithium garnet’ (=granaat) genoemd in het persbericht) zou de vaste stof zijn die de hoogste geleidbaarheid voor lithiumionen vertoont.
“Tijdens de productie zorgen we ervoor dat de elektrolytlaag een poreus oppervlak heeft”, zegt medeonderzoeker Jan van den Broek. Vervolgens brachten de onderzoekers de negatieve pool in smeerbare vorm op de elektrolytlaag aan, waardoor die diep in de elektrolyt kan doordringen. Daarna werd de batterij een tijdje op 100°C gehouden. Van den Broek: “Dat zou met een batterij met een vloeibare of gel-elektrolyt nooit kunnen.” Door die ’truc’ wordt het raakoppervlak tussen elektrodes aanzienlijk groter dan bij de concurrente lithiumbatterijen, hetgeen de oplaadsnelheid sterk zou opvoeren.
95°C
Deze batterijen kunnen bij kamertemperatuur werken, maar presteren beter bij 95°C plus, doordat de lithiumionen zich dan makkelijker kunnen bewegen. Het idee is dat zo’n batterij goed zou kunnen functioneren als opslagmedium. “Nu verdwijnt de restwarmte van veel industriële processen ongebruikt”, zegt Semith Afyon, tegenwoordig hoogleraar aan het technologisch instituut van Izmir in Turkije (als Erdogan dat heeft toegelaten). “Door opslagsystemen te koppelen aan industriële bedrijven kun je de afvalwarmte gebruiken om het opslagsysteem onder optimale omstandigheden te gebruiken.
Rupp: “We hebben voor het eerst een lithiumionbatterij gemaakt met een vaste lithiumgranaatelektrolyt en een vaste minpool van oxide. We hebben laten zien dat dat mogelijk is.” Deze gelaagde batterijen zouden ook direct op chips aangebracht kunnen worden, stelt ze. Volgens haar zou dat een revolutie in de energievoorziening van draagbare, elektronische apparaten kunnen worden. Er moet alleen hier en daar nog wel wat worden gesleuteld aan het ontwerp.
Bron: EurekAlert