Lithiumbatterijen laden sneller op dankzij nanokanalen

Nieuwe technologie die in lithiumbatterijen wordt gebruikt, kan ervoor zorgen dat ze sneller worden opgeladen. Het materiaal grafiet dat veel werd gebruikt, had al een opvolger die niet verder verbeterd kon worden, was de aanname. Tot nu toe ontdekten onderzoekers van het MESA + Instituut van de Universiteit Twente dat door nano-structurering van het materiaal nieuwe ‘paden’ voor lithiumionen ontstaan. Hierdoor laadt de batterij sneller op, laten de onderzoekers zien in een paper gepubliceerd in de Journal of Power Sources.

Lithium-ionbatterijen zijn te zien in een breed scala aan toepassingen. Ze hebben onze informatiemaatschappij en onze mobiliteit echt veranderd. Lithium beweegt, door vloeistof, tussen twee electroede. Een van de elektroden was vroeger heel eenvoudig en gemaakt van grafiet. De andere, de kathode, bestaat uit nikkel, mangaan en kobalt.

Het alternatief voor grafiet is niobium-wolfraamoxide. Onderzoekers hebben ontdekt dat opladen met dit materiaal sneller gaat. Dit komt doordat het materiaal kanalen heeft die een betere toegang geven tot de lithiumionen; ze bewegen gemakkelijker dan door grafiet. De onderzoekers merken op dat NbWO al zulke uitstekende eigenschappen vertoont dat nanostructurering vooraf geen meerwaarde zou hebben. De UT-onderzoekers laten nu zien dat nanostructurering inderdaad een substantieel effect heeft.

Ze creëren deze structuren door de stof in een oven te verhitten om deze te calcineren, zodat er nanodeeltjes overblijven. Hun grootte kan tussen de tientallen en honderden nanometers zijn (een nanometer is een miljoenste millimeter). Op deze manier ontstaan ​​er veel meer “uitgangen” voor lithiumionen, omdat alle nanodeeltjes lithiumionen aan hun grenzen kunnen geleiden.

Zware gebruikers

Een keerzijde is dat deze aanpak niet voor alle soorten applicaties werkt. In elektrische auto’s heb je bijvoorbeeld een groter accupakket nodig, omdat elke cel met het nieuwe type anode minder vermogen levert. Maar bij peak shaving, ter compensatie van een over- of onderproductie veroorzaakt door zonne- en windenergie, zijn batterijen nodig die snel kunnen worden opgeladen, maar ook snel moeten worden opgeladen. Voor dit soort toepassingen, waaronder batterijen in zware machines, is de nieuwe elektrodenaanpak prima, zegt hoogleraar Mark Huijben. De volgende stap is het vinden van de beste maat voor de nanogestructureerde anode. De kathode is ook onderwerp van onderzoek, bijvoorbeeld door te kijken naar manieren om de benodigde hoeveelheid kobalt te verminderen.