8 mei. 2018
2 minuten
Twee nieuwe materialen kunnen de ontwikkeling van aluminium batterijen aanzienlijk versnellen. Het gaat om een corrosie-resistent materiaal voor de geleidende delen van de batterij en een nieuw materiaal voor de positieve pool van batterijen waarvan de eigenschappen kunnen worden aangepast aan een breed scala aan technische vereisten.
De materialen zijn ontwikkeld door wetenschappers van ETH Zurich en Empa; het onderzoeksteam stond onder leiding van hoogleraar Functionele Anorganische Materialen Maksym Kovalenko.
Aluminium batterijen bevatten een elektrolyte vloeistof die extreem agressief is en materialen als roestvrij staal en zelfs goud en platinum corrodeert. Wetenschappers zoeken daarom naar corrosie-resistente materialen voor de geleidende delen van deze batterijen. Dit materiaal hebben onderzoekers van ETH Zurich en Empa nu gevonden in titaniumnitride. "Deze samenstelling bestaat uit de breed beschikbare elementen titanium en stikstof en is eenvoudig te produceren", aldus Kovalenko.
De wetenschappers zijn erin geslaagd in een laboratorium aluminium batterijen te ontwikkelen waarvan de geleidende onderdelen zijn gemaakt van titaniumnitride. Dit materiaal kan worden geproduceerd als een dun folie, maar ook als een coating voor andere materialen. Kovalenko vermoedt dat het mogelijk is geleiders te produceren van conventioneel metaal en dit materiaal vervolgens te coaten met titaniumnitride. Ook verwacht de hoogleraar titaniumnitride sporen te kunnen printen op plastic. "De potentiële toepassingen van titaniumnitride zijn niet beperkt tot aluminium batterijen. Het materiaal kan ook worden gebruikt voor andere soorten batterijen, bijvoorbeeld in magnesium of sodium gebaseerde varianten of in lithium-ion batterijen met een hoog voltage", legt Kovalenko uit.
Polypropeen
Het tweede nieuwe materiaal kan worden gebruikt voor de positieve pool van aluminium batterijen. Waar de negatieve elektrode op dit soort batterijen wordt gemaakt van aluminium, is de positieve elektrode doorgaans gemaakt van grafiet. Kovalenko heeft samen met zijn team een nieuw materiaal gevonden dat wat betreft opslagcapaciteit voor energie een alternatief kan vormen voor grafiet. Het gaat om polypropeen, een waterkoolstof met een polymere moleculaire structuur. "Tussen de moleculaire ketens blijft veel ruimte over. Dit geeft de relatief grote ionen van de elektrolyte vloeistof de mogelijkheid door te dringen en het elektrode materiaal eenvoudig op te laden", aldus de hoogleraar.
Een belangrijk voordeel van elektrodes die polypropeen bevatten is dat wetenschappers in staat zijn de eigenschappen van het materiaal, zoals de poreusheid, aan te passen. Dit maakt het mogelijk de eigenschappen van het materiaal af te stemmen op specifieke toepassingen. Het grafiet dat nu wordt gebruikt is een mineraal en kan niet worden aangepast. Aangezien zowel titaniumnitride als polypropeen flexibele materialen zijn, verwachten de onderzoekers dat beide materialen geschikt zijn voor gebruik in zogeheten ‘pouch cells’. Dit zijn batterijen die zijn verwerkt in een flexibel folie en dus eenvoudig in allerlei apparaten kunnen worden verwerkt.
Meer informatie over de materialen is hier te vinden.
Anderen lazen ook
