Het ontwerp van de zoutbatterij overwint ‘hobbel’ in de weg om elektrische auto’s een stapje verder te helpen

Met zout als hoofdingrediënt hebben Chinese en Britse onderzoekers een nieuw type oplaadbare batterij ontworpen die de verschuiving naar groener, elektrisch vervoer op onze wegen zou kunnen versnellen.

Veel elektrische voertuigen (EV) worden aangedreven door oplaadbare lithium-ionbatterijen, maar ze kunnen na verloop van tijd energie en vermogen verliezen. Onder bepaalde omstandigheden kunnen dergelijke batterijen ook oververhit raken tijdens het werken of opladen, wat ook de levensduur van de batterij kan verminderen en het aantal kilometers per oplaadbeurt kan verminderen.

Om deze problemen op te lossen, werkt de Universiteit van Nottingham samen met zes wetenschappelijke onderzoeksinstituten in heel China om een ​​innovatieve en betaalbare energiewinkel te ontwikkelen met de gecombineerde prestaties van een vaste-oxide brandstofcel en een metaal-luchtbatterij. De nieuwe batterij kan de actieradius van elektrische voertuigen aanzienlijk vergroten, terwijl ze volledig recyclebaar, milieuvriendelijk, goedkoop en veilig is.

Een vaste-oxide brandstofcel zet waterstof en zuurstof om in elektriciteit als gevolg van een chemische reactie. Hoewel ze zeer efficiënt zijn in het winnen van energie uit een brandstof, duurzaam, goedkoop en groener te produceren, zijn ze niet oplaadbaar. Ondertussen zijn metaal-luchtbatterijen elektrochemische cellen die een goedkoop metaal zoals ijzer en de zuurstof in de lucht gebruiken om elektriciteit op te wekken. Tijdens het opladen geven ze alleen zuurstof af in de atmosfeer. Hoewel ze niet erg duurzaam zijn, zijn deze zeer energierijke batterijen oplaadbaar en kunnen ze evenveel elektriciteit opslaan en ontladen als lithium-ionbatterijen, maar dan veel veiliger en goedkoper.

In de vroege onderzoeksfasen onderzocht het onderzoeksteam een ​​ontwerp van een batterij met een hoge temperatuur en een ijzeren lucht waarin gesmolten zout werd gebruikt als een soort elektrolyt – geactiveerd door warmte – voor elektrische geleiding. Goedkope en ontvlambare gesmolten zouten zorgen ervoor dat een batterij een indrukwekkende energieopslag- en stroomcapaciteit heeft en een lange levensduur heeft.

Gesmolten zouten hebben echter ook ongunstige eigenschappen. Professor George Chen, studieleider van de Universiteit van Nottingham, zei: “Bij extreme hitte kan gesmolten zout agressief corrosief en vluchtig zijn en verdampen of lekken, wat een uitdaging vormt voor de veiligheid en stabiliteit van het batterijontwerp. Er was een dringende behoefte aan fijnafstelling deze elektrolytkenmerken voor betere batterijprestaties en om toekomstig gebruik in elektrisch vervoer mogelijk te maken. “

De onderzoekers hebben de technologie nu met succes verbeterd door het gesmolten zout om te zetten in zacht-vast zout, met behulp van vaste oxide nanopoeders. Professor Jianqiang Wang, van het Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, die dit samenwerkingsproject leidt, heeft voorspeld dat deze quasi-solid-state (QSS) elektrolyt geschikt is voor metaal-luchtbatterijen die werken bij 800 ºC; omdat het de verdamping en vloeibaarheid van de gesmolten zouten onderdrukt die kunnen optreden bij zulke hoge bedrijfstemperaturen.

Projectmedewerker, Dr. Cheng Peng, ook van het Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, legt een uniek en nuttig ontwerpaspect van dit experimentele onderzoek uit. De quasi-stolling is bereikt met behulp van nanotechnologie om een ​​flexibel verbonden netwerk van vaste oxidedeeltjes te construeren die fungeren als een structurele barrière die de gesmolten zoutelektrolyten vergrendelt, terwijl ze toch veilig elektriciteit kunnen geleiden in extreme hitte.

Professor Chen, die een elektrolyselaboratorium voor gesmolten zout leidt in Nottingham, hoopt dat de “bemoedigende resultaten” van het team zullen helpen om een ​​eenvoudigere en efficiëntere benadering te ontwikkelen voor het ontwerpen van goedkope en hoogwaardige gesmolten zout-metaal-luchtbatterijen met hoge stabiliteit en veiligheid.

Hij voegt eraan toe: “De gemodificeerde gesmolten zout ijzer-zuurstofbatterij heeft grote potentiële toepassingen in nieuwe markten, waaronder elektrisch vervoer en hernieuwbare energie die innovatieve opslagoplossingen in onze huizen en op netniveau vereisen. De batterij is in principe ook in staat om opslag van zonnewarmte en elektriciteit, wat zeer wenselijk is voor zowel huishoudelijke als industriële energiebehoeften. Gesmolten zouten worden momenteel op grote schaal gebruikt in Spanje en China om zonnewarmte op te vangen en op te slaan die vervolgens wordt omgezet in elektriciteit – ons gesmolten zoutmetaal luchtbatterij doet de twee taken in één apparaat. “

Het volledige artikel, “Quasi-solid-state elektrolyt voor herlaadbare hoge temperatuur gesmolten zout ijzer-lucht batterij”, waarin de resultaten worden geschetst, wordt gepubliceerd in het tijdschrift Energieopslagmaterialen.