Doorbraak in vanadium voor natrium-ion-accu's brengt energiedichtheid op hetzelfde niveau als lithium en levert een hogere continue spanning

De wetenschappelijke drang om van goedkope natrium-ion accu's een levensvatbaar alternatief te maken voor de pakketten met lithiumcellen die in elektrische auto's en energieopslagsystemen zitten, kan alleen maar vergeleken worden met de R&D-roes die het afgelopen decennium of zo naar LFP-batterijen ging.

De fosfaatcellen die geen gebruik maken van duur nikkel of kobalt daalden langzaam in prijs, wat leidde tot draagbare energiecentrales zoals de Anker SOLIX die bij Amazon voor minder dan duizend euro worden verkocht. Hun energiedichtheid nam ook toe en de oplaadprestaties bij koud weer verbeterden. Zo veel zelfs, dat LFP steeds meer de voorkeursbatterijchemie wordt als het gaat om massa-elektrische voertuigen en energieopslag.

Iets soortgelijks gebeurt op het gebied van natrium-ion batterijen. Het basismateriaal is 50 keer goedkoper dan lithium en zo overvloedig aanwezig dat het uit zeewater gedestilleerd kan worden. Het meer dan tien jaar durende onderzoek naar een levensvatbaar natrium-ion-alternatief voor lithium in batterijen begint nu vruchten af te werpen. De eerste elektrische auto's en energieopslagsystemen op netniveau komen online, en de twee grootste batterijfabrikanten CATL en BYD geven steeds meer prioriteit aan hun productie, ondanks de scherpe daling van de lithiumprijs in het afgelopen jaar.

Het zwakste punt van natrium-ion accu's - hun energiedichtheid - wordt ook langzaam aangepakt, met steeds meer onderzoek op laboratoriumniveau dat doorsijpelt naar productielijnen. Het meest recente voorbeeld is de baanbrekende ontdekking van een natriumvanadiumfosfaatverbinding (NaxV2(PO4)3) die een groep wetenschappers van de Universiteit van Houston en een aantal Franse universiteiten van de theorie naar de praktijk wisten te brengen.

Het vanadiumfosfaatmateriaal verhoogt de theoretische energiedichtheid van het huidige gemiddelde van 396 Wh/kg naar 458 Wh/kg, waarmee het de lithium-ionbatterijen dicht nadert. Bovendien zorgt het gebruik van vanadium ervoor dat de cellen stabiel blijven tijdens snel opladen en ontladen, terwijl ze een hogere spanning van 3,7 V leveren dan de typische cellen die nu gebruikt worden.

Volgens de onderzoekers is"de continue spanningsverandering een belangrijke eigenschap" omdat het de batterij energie-efficiënter maakt zonder de stabiliteit van de elektroden aan te tasten. Het team gaat zelfs zover om dit"een game-changer" te noemen voor de commercialisering van de natrium-ion batterijchemie en zegt dat het gepatenteerde proces ook kan worden toegepast op andere potentiële elektrodematerialen.