De essentie:
· Onderzoekers publiceerden in Nature Communications een studie rond een lithium-metaalbatterij die 602,5 Wh/kg haalt, bijna het dubbele van de beste huidige batterijen met een grafietanode.
· De prestatie steunt niet op een vast elektrolyt, maar op een vloeibaar elektrolyt met 1% additief dat de grensvlakken in de cel beschermt en de energiedichtheid bijna verdubbelt.
· Het resultaat bevindt zich wel nog in de laboratoriumfase, met een levensduur van enkele tientallen tot honderden laadcycli. Dat is nog ver verwijderd van de duizenden cycli die voor een auto nodig zijn.
Een elektrische auto gebruikt vandaag een batterijchemie die stilaan tegen haar grenzen botst. Klassieke lithium-ionpakketen met een anode van grafiet blijven steken rond 350 Wh/kg. Dat is een fundamentele beperking. Om verder te gaan, moet het grafiet worden vervangen door lithiummetaal, dat een veel hogere energiedichtheid mogelijk maakt.
Op papier is die belofte spectaculair, maar in de praktijk ligt het ingewikkelder. Lithiummetaal heeft namelijk de vervelende eigenschap om microscopisch kleine structuren te vormen, de beruchte dendrieten, die uiteindelijk door de cel kunnen groeien. Daardoor wordt het elektrolyt afgebroken en tast die de batterij als het ware van binnenuit aan. Het resultaat: cellen die snel verouderen of zelfs vuur kunnen vatten.
Advertentie – lees hieronder verder
Eén procent maakt het verschil
De oplossing van het onderzoeksteam zit in één molecule. De onderzoekers ontwikkelden een additief, TMSFS genaamd, dat slechts voor 1% aan een conventioneel vloeibaar elektrolyt wordt toegevoegd.
Die dunne beschermlaag werkt vervolgens aan beide kanten van de cel. Aan de anode maakt ze het dendrieten moeilijker om te groeien, terwijl ze aan de kathode de schade van de hoge spanning opvangt. Tegelijk beschermt diezelfde laag het lithiumzout, dat daardoor meer dan 60% minder snel afbreekt dan normaal.
Een minimale ingreep dus, maar met een potentieel enorm effect op een technologie waarvan we dachten dat ze haar limieten al had bereikt.
De cijfers zijn alvast opvallend. Een pouch-cel van 10 Ah met lithiummetaal en een nikkelrijke kathode haalt 550,7 Wh/kg en behoudt na 180 cycli nog 80% van haar capaciteit. Met een mangaanrijke chemische samenstelling stijgt de energiedichtheid zelfs tot 602,5 Wh/kg.
De cel zou bovendien bestand zijn tegen temperaturen van −20 °C tot 60 °C. Ook op dat vlak toont de technologie zich dus robuust.
Is solid-state dan niet meer nodig?
Door deze ontwikkeling is vastestofbatterij misschien niet langer de enige denkbare weg naar een veel hogere energiedichtheid. Dit record heeft immers helemaal niets met een vast elektrolyt te maken.
Toch is het veel te vroeg om solid-state af te schrijven. Het grote voordeel daarvan ligt vooral op het vlak van veiligheid en levensduur, precies de twee domeinen waarin een vloeibaar elektrolyt nog kwetsbaar blijft.
Bovendien spreken de Chinese onderzoekers voorlopig over slechts enkele tientallen tot honderden laadcycli. Voor een elektrische auto zijn duizenden cycli nodig. De technologie is dus veelbelovend, maar tussen een indrukwekkend laboratoriumrecord en een batterij die jarenlang probleemloos een auto aandrijft, gaapt nog altijd een flinke kloof. De komende jaren zullen uitwijzen of die kloof kan worden gedicht.
Duizenden Belgische bestuurders volgen Gocar om op de hoogte te blijven en om de beste wagendeals te ontdekken. U toch ook? Blijf op de hoogte:
- Bezoek gocar.be regelmatig
- Volg Gocar op Google Nieuws
- Abonneer op de Gocar-nieuwsbrief
