Lithiummetaalbatterij met meer dan 500 Wh/kg ontwikkeld
De huidige accu's in elektrische auto's hebben meestal een energiedichtheid van 200 tot 250 Wh/kg, wat al een relatief hoge waarde is. Systemen voor energieopslag thuis zijn op zijn best de helft van deze waarde.
Toch weegt zo'n batterij met een haalbare capaciteit van misschien 70 wattuur ongeveer 300 kg. Een hogere energiedichtheid zou dus een enorme hoeveelheid massa kunnen besparen, wat op zijn beurt het verbruik zou verlagen en de rijdynamiek zou verhogen.
De batterij die door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) in Hefei werd gepresenteerd, met een energiedichtheid van 505,9 Wh/kg, zou dus in één klap 150 kg ballast kunnen besparen.
Ter vergelijking: de energiedichtheid van benzine en diesel is ongeveer 10.000 Wh/kg. Het rendement van de verbrandingsmotor is echter aanzienlijk slechter en als er eenmaal brandstof is verbrand, kan deze niet zomaar weer worden opgeladen.
Moleculaire afstanden aangepast
Deze toch hoge waarde is mogelijk met een lithium-metaalbatterij, die in eerdere experimenten bij lange na niet 50 laadcycli overleefde. Volgens het onderzoek waren eerdere experimenten op dit gebied gericht op het verhogen van de concentratie van de elektrolyt.
De structuur van de nieuwe batterij, die bij 500 Wh/kg 130 cycli overleefde met weinig capaciteitsverlies, is aanzienlijk anders. Bij slechts 400 Wh/kg, nog steeds aanzienlijk hoger dan commerciële batterijcellen, werden meer dan 300 laadcycli bereikt.
In plaats van het gebruikelijke concentraat met lithiumionen, anionen en andere anorganische deeltjes, wordt er een compacte structuur met een groot aantal lithiumionen gebruikt, die elektronen samen transporteert en ook in grotere pakketjes aan de anode levert.
In deze veel grotere structuur, die ongeveer 50 keer groter is dan voorheen, zitten de lithiumionen dichter bij elkaar. Ongeveer honderd in plaats van slechts één geven elektronen af in geconcentreerde vorm. Hierdoor ontstaat een vaste elektrolyt boven de anode, wat resulteert in een aanzienlijk verbeterde stabiliteit.
Het zal zeker interessant zijn om te zien hoe ver het principe geoptimaliseerd kan worden. Want zelfs 300 ladingen zijn nog steeds een beetje kort. Als de batterij 500 km (300 mijl) zou afleggen, zou er na 150.000 km (90.000 mijl) een capaciteitsvermindering te verwachten zijn.
Bron(nen)
