In een lithiumionbatterij doe ‘pendelende’ lithiumionen het werk
Ik zeg het nog maar eens, maar iedereen weet dat, hoop ik wel: lithiumionbatterijen zijn momenteel de standaard-energievoorzieners in allerlei mobiele toepassingen, maar aan li-batterijen valt nog een hoop te verbeteren. Grote ‘steen des aanstoots’ en zwak punt zijn de koolstofstofelektroden (-polen). Door constante krimp en uitzetting tijdens het laden en ontladen beperken die grafietelektroden de levensduur aanzienlijk. Er wordt al lang gewerkt aan alternatieve materialen voor de polen, maar dé oplossing schijnt nog steeds niet gevonden te zijn. Nu beweren onderzoekers rond Zhongwei Chen van de universiteit van Waterloo (Can) dat ze een goedkope lithiumionbatterij kunnen maken met siliciumanodes met een 40 tot 60% hogere energiedichtheid en een langere levensduur.
De gebruikte technologie zou milieutechnisch gezien onverdacht zijn. Met de siliciumanodes zouden auto’s met li-batterijen een actieradius krijgen van 500 km, alvorens er weer moet worden opgeladen. Bovendien zouden de batterijen die nodig zijn voor de energievoorraad van de auto een stuk lichter zijn dan de huidige.
Het verschil is dus de anode, die in de huidige batterijen van het grafiet is gemaakt. Met een siliciumanode zouden lithiumionbatterijen gemaakt kunnen worden die 10 keer meer energie bevatten, stellen de onderzoekers. Chen: “Grafiet wordt al lang gebruikt voor de negatieve elektrode in lithiumionbatterijen, maar terwijl de batterijen steeds beter worden, wordt dat grafiet steeds meer een zwakke plek, vanwege de hoeveelheid energie die het kan opslaan.” De grootste hindernis die de onderzoekers moesten nemen was de gigantische uitzetting van de siliciumpolen (300%) tijdens de laad-/ontlaadcyclus. Daardoor gaat het silicium barsten en daar heb je natuurlijk niks aan. Om dat probleem te ondervangen ontwikkelden de onderzoekers samen met onderzoekers van General Motors een warmtebehandeling voor de siliciumpolen met kennelijk bovenmatig goed resultaat. “De flitswarmtebehandeling zorgt voor een structuur van de siliciumanode die de levensduur brengt op meer dan 2000 laad-/ontlaadcycli bij een grotere energiedichtheid”, zegt de onderzoeker. Hij verwacht dat de technologie het komend jaar op de markt zal komen.
Bron: EurekAlert