US Energy Department zet 11 miljoen US dollar in voor onderzoek naar keramische ionen als alternatief voor lithiumbatterijen
Het Amerikaanse Ministerie van Energie (DOE) heeft 10,9 miljoen dollar toegekend aan onderzoekers van de Universiteit van Michigan (U-M) om de levensvatbaarheid van keramische ionen te onderzoeken als alternatief voor lithium in toekomstige solid-state EV-batterijen. De universiteit doet al geruime tijd onderzoek naar het gebruik van een vaste keramische elektrolyt in plaats van de brandbare vloeibare elektrolyten die de huidige EV-batterijen gebruiken.
De onderzoeksresultaten waren zo veelbelovend dat ze de aandacht trokken van het Energy Frontier Research Center van het DOE, dat een vierjarige subsidie heeft toegekend voor de oprichting van een Mechano-chemical Understanding of Solid Ion Conductors (MUSIC) onderzoekshub aan U-M. Volgens Jeff Sakamoto, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de U-M en de nieuwe directeur van het MUSIC-centrum:
De recente ontdekking van keramische ionengeleiders die tegelijkertijd ongekende prestaties en stabiliteit vertonen, heeft het potentieel om het landschap van de elektrochemische energieopslagtechnologie te veranderen... Ons nieuwe centrum tracht fundamentele kenniskloven met betrekking tot mechanisch-chemische processen te overbruggen met een diverse groep onderzoekers uit verschillende vakgebieden.
Degene die de veiligere, goedkopere vaste-stofbatterijtechnologie beheerst die in theorie de energiedichtheid van lithiumbatterijen kan verdubbelen, zal de miljardenrace voor elektrische voertuigen en energieopslagsystemen winnen, vandaar de vroege overheidsinvestering in de veelbelovende keramische-ionentechnologie:
- Grafiet kan slechts één lithiumion per zes koolstofatomen bevatten, waardoor het een specifieke capaciteit heeft van ongeveer 350 milliampère-uur per gram (mAh/g.) Het lithiummetaal in een vastestofbatterij heeft een specifieke capaciteit van 3.800 mAh/g. De huidige lithium-ionbatterijen bereiken hun maximum met een totale energiedichtheid van ongeveer 600 wattuur per liter (Wh/L) op celniveau. In principe kunnen solid-state batterijen 1.200 Wh/L bereiken
- Om het verbrandingsprobleem van lithiummetaal op te lossen, creëerden U-M-ingenieurs een keramische laag die het oppervlak stabiliseert, waardoor zich geen dendrieten kunnen vormen en brand wordt voorkomen. Hierdoor kunnen batterijen de voordelen van lithiummetaal benutten - energiedichtheid en hoge geleidbaarheid - zonder de gevaren van brand of degradatie na verloop van tijd.
Neil Dasgupta, een andere hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Michigan en plaatsvervangend directeur van de MUSIC-hub van het DOE, zegt dat nu de praktische fase moet worden uitgevoerd:
Er zijn echter nog kritische barrières voordat grootschalige commercialisering kan worden gerealiseerd - veel daarvan hebben betrekking op de unieke mechanische eigenschappen die ontstaan bij vaste-stof-interfaces in elektrochemische cellen. Een overkoepelend doel van MUSIC is het onthullen van de fundamentele mechanismen van de wisselwerking tussen mechanische spanningen en spanningen en elektrochemie, waardoor informatie beschikbaar komt voor toekomstige inspanningen om de technologie voor energieopslag van de volgende generatie op te schalen en sneller op de markt te brengen.
Het door DOE gesponsorde onderzoekscentrum wil ook de goedkoopste productiemethode voor solid-state batterijen vinden en onderzoeken hoe lithium- of natriummetaalverbindingen met keramische ionengeleiders na verloop van tijd hun laadcapaciteit verliezen in vergelijking met de huidige Li-ion-technologie in auto's, telefoons of laptops.
Bron(nen)
