Lithiumrijke (onder rechts) en lithiumarme gebieden in de kathode. Daarnaast ook de resultaten van rekenmodellen. LPF is de Angelsaksische afko van lithium-ijzerfosfaat (afb: Daniel Knez et al./TU Graz)
In de praktijk presteren batterijen vaak aanzienlijk slechter dan de theorie voorspelt. In een lithium-ijzerfos-faatkathode (LiFePO4) zagen onderzoekers van de Technische Universiteit van Graz waar de schoen knelt: vastzittende lithiumionen.
Lithiumijzerfosfaat is een van de belangrijkste materialen voor lithiumbatterijen. Die verbinding gaat lang mee, is relatief goedkoop en heeft niet de neiging spontaan te ontbranden. Ook qua energiedichtheid scoort het materiaal goed.
Toch blijft de opslagcapaciteit van lithium-ijzerfosfaatbatterijen in de praktijk 25% onder de theoretische.
Om dat sluimerende ‘vermogen’ te kunnen benutten is het van groot belang precies te weten hoe lithiumionen in het batterijmateriaal worden opgeslagen en weer vrijkomen tijdens de laad- en ontlaadcycli.
Onderzoekers van de Technische Universiteit van Graz zouden nu een belangrijke stap in de richting naar een oplossing van dat manco gezet hebben. Met een transmissie-elektronenmicroscoop konden ze systematisch de lithiumionen volgen op hun pad door het batterijmateriaal en hun plaats in het kristalrooster van een ijzerfosfaat nauwkeurig in beeld brengen.
“Ons onderzoek heeft aangetoond dat zelfs als de testbatterijcellen volledig zijn opgeladen, lithiumionen in het kristalrooster van de kathode achterblijven in plaats van naar de anode te migreren”, zegt Daniel Knez. “Deze immobiele ionen kosten capaciteit.”
Ongelijk verdeeld
De onbeweeglijke lithiumionen zijn ongelijk verdeeld in de kathode. De onderzoekers zijn erin geslaagd deze met lithium verrijkte gebieden nauwkeurig te bepalen en tot op enkele nanometers van elkaar te scheiden. In de overgangsgebieden werden vervormingen aangetroffen in het kristalrooster van de kathode. “Deze details leveren belangrijke informatie op over fysieke effecten die het rendement van de batterij tot nu toe hebben verminderd en waarmee we rekening kunnen houden bij de verdere ontwikkeling van de materialen”, zegt medeonderzoekerster Ilie Hanzu.
Bron: idw-online.de