Batterij-doorbraak: dubbele prestatie lithium zonder in brand te vliegen

Het grote probleem van lithium-ionbatterijen, veel gebruikt in mobiele telefoons en in accu's van elektrische voertuigen, is vaak dat een groter laadvermogen gepaard gaat met brandgevaar. Onderzoekers van de universiteit van Michigan zeggen een technologie te hebben ontwikkeld die dit probleem voorkomt. Het zou daardoor weer mogelijk moeten zijn om accu's met een grotere capaciteit te maken.

Doordat lithiumionen in koolstof worden ingebed, is de capaciteit per gram van de bestaande en veel gebruikte lithiumbatterijen vrij laag. Door gebruik te maken van pure vloeibare lithium wordt de capaciteit verhoogd, maar ontstaat er ook brandgevaar omdat er te veel lithiumatomen op één bepaalde plek samenkomen waardoor er te veel energie ontstaat. De onderzoekers zeggen hier nu iets op te hebben gevonden. 

Dun laagje over de batterij

Wat hebben ze gedaan: de onderzoekers hebben een dun laagje keramische elektrolyt op de batterij aangebracht. Het keramiek zorgt ervoor dat de lithiumatomen zich niet opbouwen en er zodoende geen brandgevaar. Ondertussen heeft de batterij wel de capaciteit van een pure lithiumbatterij: ongeveer tien keer groter dan lithiumionbatterijen. Volgens de onderzoekers zou hun doorbraak wel eens de weg vrij kunnen maken naar een nieuwe generatie oplaadbare batterijen. “Dit zou een game-changer kunnen zijn – een paradigmaverschuiving in de werking van een batterij”, zegt Jeff Sakamoto, U-M universitair hoofddocent Werktuigbouwkunde, die het project leidt. “Wat we hebben bedacht is een andere benadering: het lithiummetaaloppervlak met een keramiek fysiek stabiliseren,” zei Sakamoto. “Het is niet brandbaar. We maken het op bijna 1000 graden in de lucht. En er is geen vloeistof, wat nu vaak de veroorzaker van in brand vliegende batterijen is.”

Gelijkmatig oppervlak

Er zijn eerder proeven gedaan met het aanbrengen van solid-state eletrolyt keramiek, maar deze bleken uiteindelijk niet succesvol. Het grote verschil bij dit onderzoek is dat de laag die over de batterij aan wordt gebracht zeer egaal is. Door het gebruik van nieuwe chemische en mechanische behandelingen wordt het oppervlak gelijkmatig gemaakt. Daardoor vormen zich geen dendrieten en filamenten en lekt het lithium niet door het keramiek een. “Dit verbetert niet alleen de veiligheid, het vergroot de capaciteit dus ook drastisch”, aldus Sakamoto.

Binnen drie uur

Hoewel de batterij nu alleen nog in het laboratorium gemaakt kan worden, heeft de nieuwe technologie mogelijk wel potentie. Daar waar een gemiddelde accu met lithiumbatterij in een elektrische auto nu ongeveer twintig uur nodig heeft om op te laden, zou deze batterij er maar drie uur of minder over doen. Ook nam de kracht van de batterij niet af na verschillende keren opladen. Met pure lithium kunnen bovendien kleinere batterijen worden gemaakt, wat ook weer zou schelen in het gewicht van bijvoorbeeld een eletrische fiets of auto. 

Bron: University of Michigan/De Ingenieur

Foto’s: Evan Dougherty, Michigan Engineering