Pauzes zorgen ervoor dat batterijen langer meegaan

Niet-oplaadbare lithiumbatterijen worden gezien als een baken van hoop. Ze zouden elektrisch aangedreven voertuigen een actieradius tot 1100 kilometer kunnen geven. Ze hebben echter een belangrijk nadeel: in tegenstelling tot de lithium-ion batterijen die momenteel op grote schaal worden gebruikt, verliezen lithium batterijen snel hun opslagcapaciteit, waardoor ze onder andere worden gebruikt als knoopcellen voor eenmalig gebruik in horloges. Onderzoekers onder leiding van materiaalwetenschapper Wenbo Zhang van Stanford University hebben nu echter een manier gevonden om lithiumbatterijen meerdere keren op te laden: Je hoeft ze alleen maar een kleine pauze te geven. Ze beschrijven hun bevindingen in een studie die op 7 februari 2024 is gepubliceerd in Nature. "We waren op zoek naar de eenvoudigste, goedkoopste en snelste manier om de levensduur van lithiumbatterijen te verbeteren," zei Zhang in een persbericht.

In lithiumbatterijen bevat niet alleen de kathode lithiumionen, maar ook de anode, die in lithium-ionbatterijen van koolstof is gemaakt. Dit betekent dat lithiumbatterijen lichter zijn en ongeveer twee keer zoveel energie kunnen opslaan als lithium-ionbatterijen. Lithiumbatterijen slijten echter na een paar keer opladen: Hun vermogen om energie op te slaan neemt snel af. De reden hiervoor is dat gebieden met metallisch lithium worden ingesloten door afbraakproducten van de elektrolyt. Hierdoor worden de deeltjes afgesneden van hun omgeving en kunnen ze geen energie meer opnemen. "Om deze reden beschouwen we geïsoleerd lithium als dood," legt Zhang uit.

In eerdere experimenten had de onderzoeksgroep echter gemerkt dat de vervalproducten van de elektrolyt afbreken in volledig ontladen batterijen. Daarom besloten ze te onderzoeken wat er dan precies gebeurt. "We ontdekten dat sommige van de vervalproducten rond het dode lithium oplossen wanneer de batterij slechts één uur in ontladen toestand rust," zei scheikundige Philaphon Sayavong, die ook betrokken was bij het onderzoek in "Nature", in een persbericht. "Dus als je de batterij oplaadt, verbindt het dode lithium zich weer met de anode."

Dit is een belangrijke stap voorwaarts in het onderzoek naar batterijen. Tot nu toe gingen experts ervan uit dat het geïsoleerde lithium niet meer kon worden teruggewonnen. Bovendien werd het laten rusten van een ontladen batterij als schadelijk beschouwd - en nu blijkt dat dit precies is wat het mogelijk zou kunnen maken om het te gebruiken als oplaadbare batterij. De auteurs van het onderzoek benadrukken dat hun bevindingen gemakkelijk in de praktijk kunnen worden gebracht. Elektrische auto's bestaan meestal uit duizenden afzonderlijke accucellen, dus de hele module zou zo geprogrammeerd moeten worden dat een volledig ontladen cel pas na een uur weer stroom krijgt.

Er is echter nog een lange weg te gaan voordat de technologie daadwerkelijk wordt toegepast, schrijft onderzoeker Laura C. Merrill in een begeleidend artikel in "Nature". Hoewel het nieuwe onderzoek bijdraagt aan ons begrip van lithiumbatterijen, zijn er nog veel hiaten in onze kennis. Het is bijvoorbeeld nog te vroeg om te zeggen of het door Zhang en zijn team voorgestelde protocol overdraagbaar is op consumententoepassingen waarbij het aantal laadcycli en de rusttijd variëren.

Spectrum van de Wetenschap

Wij zijn een partner van Spektrum der Wissenschaft en willen goed onderbouwde informatie toegankelijker voor je maken. Volg Spektrum der Wissenschaft als je de artikelen leuk vindt