Lithium-zuurstofbatterijen zijn in diverse opzichten beter dan de nu nog populaire lihtiumioncellen (afb: Science News)

Wat energieopslag betreft zijn de lithiumionbatterijen nu nog verre favoriet, maar als het aan de onderzoekers van de universiteit van Waterloo (Can) ligt, dan zouden dat wel eens lithium-zuurstofbatterijen kunnen worden. Dat type batterij heeft een in principe hogere energiedichtheid en zou qua materiaalgebruik duurzamer zijn dan de lithiumioncellen. Door te experimenteren met de materialen hebben de onderzoekers nu een lithium-zuurstofbatterij gemaakt die nagenoeg 100% van de opgeslagen energie weer afgeeft en ten minste zo’n 150 keer is te herladen. Dat zal nog beter moeten, in ieder geval.

Zoals te doen gebruikelijk hebben ook lithium-oxidebatterijen twee elektrodes: een kathode en een anode met daartussen een elektrisch geleidende vloeistof (de elektrolyt). Als de batterij stroom afgeeft, dan reageren de zuurstofmoleculen in de kathode met lithiumionen in de elektrolyt en vormen vast lithiumperoxide. Die reactie levert energie op. Als de batterij wordt opgeladen dan ontleedt lithiumperoxide weer in zuurstof en lithiumionen.
Bij de vorming van lithiumoxide ontstaan echter bijproducten, waardoor de batterij normaal gesproken maar maximaal 80% van de opgeslagen energie kan leveren. Die bijproducten beschadigen ook de kathode en zijn fnuikend voor de elektrolyt. Dat betekent dat de batterij het na enkele tientallen keren opladen wel voor gezien houdt.
Linda Nazar van de universiteit van Waterloo in Canada en medeonderzoekers vervingen de organische elektrolyt door een anorganische: een gesmolten zout. De koolstofkathode (met zuurstof) werd vervangen door een metalen.

Door de omzetting in lithiumoxide zou er 50% meer energie kunnen worden opgeslagen dan bij een omzetting in peroxide. Daardoor is de nieuwe lithium-zuurstofbatterij energiedichter dan vorige versies. Lithiumoxide geeft niet de chemische problemen waar lithiumperoxide mee kampt, hetgeen betekent dat nagenoeg alle opgeslagen energie weer kan worden benut en ook dat de batterij vaker weer op te laden is.

Nog even

Voorlopig zal er nog wel even gesleuteld moeten worden aan deze veelbelovende batterijen. Een probleem is bijvoorbeeld dat de elektrolyt (een zout) moet smelten, waardoor de batterij tot 150°C moet worden verhit. Daar zal wat op verzonnen moeten worden. Een andere elektrolyt, stelt Yang Shao-Horn van MIT in een commentaar op dit onderzoek in het blad Science voor. Ze denkt dat de batterijen ook te gebruiken zijn voor de energievoorziening van vliegtuigen, ruimteschepen en onderzeeërs.

Bron: Science News