Snelladen en hoge energiedichtheid: heilige graal?

Het is en blijft sappelen als het gaat om lithium-ion-accu's. Wil je ze snelladen, dan is de energiedichtheid lager en neemt de capaciteit sneller af, maar laad je ze langzaam op, dan willen we weer dat het sneller gaat. Daar hebben onderzoekers van het Institute of Energy and Climate Research (IEK-1) nu wat op gevonden: een anode verrijkt met nanodeeltjes van antimoon.

De capaciteit van batterijen en accu's neemt constant ietsje toe en de kwaliteit ook. Maar het kan beter. Dat vonden de onderzoekers van het IEK-1 ook en ze beschrijven hun vinding in het tijdschrift Advanced Functional Materials. Het composietmateriaal voor de anode zorgt er niet alleen voor dat de opslagcapaciteit en de levensduur van de batterijen aanzienlijk toeneemt, maar ook dat de laadsnelheid tot drie keer hoger ligt.

Een belangrijk onderdeel van de accu om snel op te laden, is het materiaal waar de anode van gemaakt is. Volgens hoofdonderzoeker Dina Fattakhova kunnen anodes gebaseerd op tindioxide een veel hogere opslagcapaciteit bereiken en kunnen zo ook veel meer energie opslaan dan de accu's met koolstofanodes die tegenwoordig voornamelijk gebruikt worden. Maar je voelt het al aan: er zit een addertje onder het gras. Tindioxide in zijn meest zuivere vorm is niet heel stabiel en de opslagcapaciteit van de accu neemt daardoor snel af doordat de anode letterlijk afkalft tijdens het laden en ontladen.

Om er toch voor te zorgen dat de stabiliteit toeneemt, zoeken wetenschappers hun heil tegenwoordig vaak bij hybride materialen. In dit geval verrijkten de onderzoekers de tindioxidenanodeeltjes met antimoon bovenop een basislaag van grafeen. Het grafeen dient als laag voor de stabiliteit en het geleidt goed.

Grafeenlaag

Het produceren van de anodes is niet heel lastig: de tinoxidenanodeeltjes 'groeien' direct bovenop de grafeenlaag. Doordat de nanodeeltjes heel klein zijn, worden ze ook beter bestand tegen slijtage waardoor de stabiliteit en de levensduur toeneemt.

In de onderzoeksopstelling wist men 77 procent van de originele capaciteit te behouden na 1000 keer op- en ontladen. De accu's weten ook anderhalf keer meer energie op te slaan per minuut dan met een conventionele anode van grafiet.

Of en wanneer deze ontwikkeling ook daadwerkelijk in lithium-ionbatterijen terecht zal komen, is niet duidelijk, maar de onderzoekers zien een grote toekomst, al was het maar omdat de anodes van het nanocomposiet makkelijk en goedkoop geproduceerd kunnen worden met huidige technieken.