Proliferatie van elektrische voertuigen op basis van hoogwaardige, goedkope natrium-ionbatterijen

Verschillende autobedrijven bereiden zich voor om over te stappen van voertuigen met verbrandingsmotoren (IC) naar elektrische voertuigen (EV’s). Vanwege de hogere kosten zijn EV’s echter niet zo gemakkelijk toegankelijk voor consumenten; vandaar dat verschillende regeringen EV’s subsidiëren om de verkoop te bevorderen. Om de kosten van elektrische voertuigen te laten concurreren met die van voertuigen met verbrandingsmotor, moeten hun batterijen, die ongeveer 30% van hun kosten uitmaken, zuiniger zijn dan voertuigen met verbrandingsmotor.

Het Korea Institute of Science and Technology (KIST) heeft aangekondigd dat het team van Dr. Sang-Ok Kim bij het Center for Energy Storage Research een nieuw, hoogwaardig, economisch anodemateriaal heeft ontwikkeld voor gebruik in secundaire natrium-ionbatterijen, die voordeliger dan lithium-ionbatterijen. Dit nieuwe materiaal kan 1,5 keer meer elektriciteit opslaan dan de grafietanode die wordt gebruikt in commerciële lithium-ionbatterijen en de prestaties nemen niet af, zelfs niet na 200 cycli bij zeer snelle laad-/ontlaadsnelheden van 10 A/g.

Natrium is meer dan 500 keer overvloediger in de aardkorst dan lithium; daarom hebben natrium-ionbatterijen veel aandacht getrokken als secundaire batterij van de volgende generatie, omdat deze 40% goedkoper is dan lithium-ionbatterijen. In vergelijking met lithiumionen zijn natriumionen echter groter en kunnen ze daarom niet zo stabiel worden opgeslagen in grafiet en silicium, die veel worden gebruikt als anoden in dergelijke batterijen. Daarom is de ontwikkeling van een nieuw anodemateriaal met hoge capaciteit noodzakelijk.

Het KIST-onderzoeksteam gebruikte molybdeendisulfide (MoS₂), een metaalsulfide dat belangstelling heeft gekregen als kandidaat voor anodematerialen met grote capaciteit. MoS₂ kan een grote hoeveelheid elektriciteit opslaan, maar kan niet worden gebruikt vanwege de hoge elektrische weerstand en structurele instabiliteit die optreden tijdens batterijbedrijf. Het team van Dr. Sang-Ok Kim heeft dit probleem echter overwonnen door een keramische nanocoatinglaag te creëren met siliconenolie, een goedkoop, milieuvriendelijk materiaal. Door het eenvoudige proces van het mengen van de MoS₂ precursor met siliconenolie en door het mengsel met warmte te behandelen, konden ze een stabiele heterostructuur produceren met een lage weerstand en verbeterde stabiliteit.

Bovendien gaf de evaluatie van elektrochemische eigenschappen aan dat dit materiaal stabiel ten minste twee keer zoveel elektriciteit (~600 mAh/g) zou kunnen opslaan als de MoS₂ materiaal zonder coating en zou deze capaciteit zelfs na 200 snelle laad-/ontlaadcycli kunnen behouden. Deze uitstekende prestatie werd bereikt door de vorming van de keramische nanocoatinglaag met een hoge elektrische opslagcapaciteit, die een hoge geleidbaarheid en stijfheid aan de MoS verleent₂ oppervlak, wat resulteert in een lage elektrische weerstand van het materiaal en een hoge structurele stabiliteit.

Dr. Sang-Ok Kim, verklaarde dat ze “met succes de problemen met hoge weerstand en structurele instabiliteit van MoS konden oplossen₂ door de nano-coating oppervlaktestabilisatietechnologie. Als resultaat zouden we een natrium-ionbatterij kunnen ontwikkelen die een grote hoeveelheid elektriciteit stabiel kan opslaan. Onze methode maakt gebruik van kosteneffectieve, milieuvriendelijke materialen en kan, indien aangepast voor de grootschalige productie van anodematerialen, de productiekosten verlagen en daarmee de commercialisering van natrium-ionbatterijen voor energieopslagapparaten met grote capaciteit stimuleren.”