Doorbraak in accutechniek voor elektrische voertuigen

Langdurig bruikbare en snel oplaadbare accu’s zijn essentieel voor de groei van de markt voor elektrische voertuigen en apparaten. De huidige lithium-ion accu’s zijn te zwaar, te duur en het duurt te lang om ze op te laden. Al tientallen jaren proberen onderzoekers het potentieel te benutten van solid-state lithium-metaal batterijen. Die kunnen aanzienlijk meer energie bevatten in hetzelfde volume en ze kunnen in een fractie van de tijd worden opgeladen in vergelijking met traditionele lithium-ion batterijen.
Xin Li, universitair hoofddocent materiaalwetenschappen aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) en zijn team hebben nu een stabiele lithium-metaal batterij in vaste vorm ontworpen die minstens 10.000 keer kan opladen en ontladen. Dat zijn veel meer cycli dan tot nu toe mogelijk is en de stroomdichtheid lijdt er niet onder.

Binnen 10 tot 20 minuten volledig opladen

Deze batterijtechnologie zou de levensduur van elektrische voertuigen kunnen optrekken tot die van benzinemotorfietsen en -auto’s zonder dat de batterij moet worden vervangen. Elektrische voertuigen zouden binnen 10 tot 20 minuten volledig kunnen worden opgeladen.
Li en zijn team ontwierpen een meerlaagse batterij die verschillende materialen met verschillende stabiliteit tussen de anode en de kathode plaatst. Deze batterij met meerdere lagen en materialen voorkomt het binnendringen van lithiumdendrieten, niet door ze helemaal tegen te houden, maar eerder door ze te controleren en in bedwang te houden. De batterij is ook zelfhelend; door zijn chemie kan hij gaten opvullen die door de dendrieten worden gemaakt.

Zie de batterij als een BLT-sandwich. Eerst komt het brood (de lithiummetal anode) gevolgd door sla (een laagje grafiet). Dan komt een laag tomaten (de eerste elektrolyt) en een laag spek (de tweede elektrolyt). Het eindigt met nog een laag tomaten en het laatste stuk brood (de kathode). De dendrieten groeien door de sla en de tomaat maar stoppen bij het spek. De spekbarrière voorkomt dat de dendrieten er doorheen groeien en kortsluiting in de batterij veroorzaken.