Een verrassend materiaal voor betere batterijen: Kevlar. De kogelwerende vezel kan de accu’s in mobiele apparaten niet alleen dunner maken, maar vermindert ook brand- en ontploffingsgevaar.
De nieuwe toepassing van het bekende Kevlar is een doorbraak van onderzoekers aan de Universiteit van Michigan. Professor Nicholas Kotov en Siu On Tung hebben een manier ontwikkeld om batterijen dunner en veiliger te maken. Ze hebben een probaat tegenmiddel ontwikkeld voor het risico van brand- en ontploffingsgevaar dat moderne batterijen letterlijk in zich dragen. Hoe? Door een membraan gemaakt van taaie Kevlar-nanovezels te gebruiken als isolatiemateriaal tussen de elektrodes in een een batterij.
Beschermende laag
Een van de meest voorkomende oorzaken voor vlamvattende en soms zelfs ontploffende batterijen is de geleidelijke groei van kleine, geleidende paden in de interne structuur van lithium-ion batterijen. Op een gegeven moment veroorzaakt dat kortsluiting die dan desastreuze gevolgen kan hebben. Zo waren er in 2013 de mysterieuze batterijbranden die Boeings nieuwe Dreamliner 787-vliegtuigen aan de grond hielden.
De waarschijnlijke oorzaak was het ontstaan van interne kortsluiting in de gebruikte accu’s. Interne isolatie met een nanovlies gemaakt van sterke Kevlar-vezels voorkomt dat het batterijmateriaal doorgroeit en intern contact maakt. ‘In tegenstelling tot andere ultrasterkte materialen, zoals koolstof nanobuisjes, is Kevlar een isolerend materiaal’, stelt professor Kotov van de universiteit van Michigan. ‘Deze eigenschap is perfect voor separators die kortsluiting tussen twee electrodes moeten voorkomen.’
Terwijl de groei van het lithium-materiaal wordt geblokkeerd, bevat het isolerende Kevlar-membraan wel openingen die groot genoeg zijn om ionen door te laten. De omvang van deze poriën is 15 tot 20 nanometer, wat flink kleiner is dan de paar honderd nanometer die gebruikelijk is in andere materiaalsoorten die worden gebruikt om batterijen intern te isoleren. Een bijkomend effect is nog dat batterijen door deze toepassing van Kevlar ook meer energie kunnen opslaan. Een batterij van hetzelfde formaat kan dus krachtiger zijn. Of: een dunnere batterij kan krachtig genoeg zijn.
Van vliegtuigen tot smartphones
De onderzoekers in Michigan hebben hun isolatievlies van Kevlar ontwikkeld met het oog op toepassingen zoals in de Dreamliner-vliegtuigen. Maar gebruik voor andere toestellen is ook mogelijk, zoals accu’s in auto’s, tablets en zelfs smartphones. Voordat het zover is, zal er wel enige tijd voorbij gaan. De Kevlar-technologie komt nu weliswaar het lab uit, maar de massaproductie begint naar verwachting in het vierde kwartaal van 2016.
