EO

'Gefrustreerde ionen' geven enorm geleidingsvermogen aan 'nieuwe klasse vast elektrolyt'

06 augustus 2019 om 17:50 uur

Er is een potentiële doorbraak gevonden voor batterijen met vast elektrolyt. Het gaat om een kristallijn materiaal met opmerkelijk hoog ionengeleidingsvermogen.


De vondst is gepubliceerd in het tijdschrift Chem.


Vast elektrolyt is minder brandgevaarlijk dan vloeibaar elektrolyt, compacter, ongevoelig voor temperatuurschommelingen, en het heeft een hogere energiedichtheid. Het ionengeleidingsvermogen blijft echter achter. Maar daar lijkt nu verandering in gekomen met de vondst van een nieuw materiaal door onderzoekers van de universiteiten in Graz, Leuven en München.

 

De nieuwe geleider met de moleculaire formule LiTi2 (PS4) 3 is een lithiumtitaniumthiofosfaat, vandaar de afkorting LTPS. LTPS heeft een ongebruikelijke kristalstructuur, die wordt gekenmerkt door zogenaamde ‘geometrische frustratie'. In tegenstelling tot andere ionische geleiders biedt de kristalstructuur van LTPS geen energetisch voordelige plekken voor de ionen. Ze zijn daarom nooit tevreden met hun plaats en zijn daardoor onderhevig aan frustratie. Berekeningen van de groep onder leiding van Geoffroy Hautier van de KU Leuven tonen aan dat deze frustratie van de ionen leidt tot een zeer hoge lithiummobiliteit.

 

"De lithiumionen zijn min of meer wanhopig op zoek naar een geschikte plek en bewegen zich zeer snel door de kristallografische structuur van LTPS. Het is precies deze bewegelijkheid die we nodig hebben in elektrolytlichamen voor solid-state batterijen", verklaart Martin Wilkening van de TU in Graz en het Christian Doppler-laboratorium voor lithiumbatterijen, dat Hautiers berekeningen experimenteel heeft bevestigd met kernresonantiemethoden. "We hebben duidelijke aanwijzingen gevonden voor twee sprongprocessen die de resultaten van de berekeningen volledig ondersteunen. In de structuur van LTPS kunnen de lithiumionen heen en weer springen op cirkelvormige paden en van de ene ring naar de volgende. De laatste stap, het interring-proces, maakt ionentransport op lange afstand mogelijk. "

 

Tempo zelfs bij lage temperaturen

De intra-ring hopping processen van lithiumionen bleven zelfs bij extreem lage temperaturen in werking. De lithiumionen zijn bij 20 graden Kelvin (min 253 graden Celsius) nog steeds op zoek naar de juiste plek in het zeer vlakke energielandschap van LTPS. Dergelijk gedrag is volgens Wilkening uiterst zeldzaam: "Wanneer de temperatuur daalt, hebben de ionen geen thermische energie en neemt hun mobiliteit aanzienlijk af. Het is opmerkelijk dat we in LTPS ionenmobiliteit zelfs bij zulke lage temperaturen vinden. Dit laat zien hoe sterk de drang is om de ionen in LTPS te verplaatsen."

 

 Een nieuwe materiaalklasse

LTPS is met dit supersnelle diffusieproces, waarvan de oorzaak energieke frustratie is, een vertegenwoordiger van een nieuwe klasse vaste elektrolyten. Hoewel ze kristallijn zijn, lijken hun bewegingseigenschappen meer op die van vloeibare elektrolyten. De ontdekking en het experimentele onderzoek van LTPS is nu het startpunt voor het zoeken naar verdere verbindingen waarin een soortgelijk gedragsmechanisme overheerst.


Het onderzoek is tot stand gekomen in samenwerking met Toyota. De KU Leuven heeft een patent aangevraagd voor de ontdekking van LTPS.

 

Gerelateerd nieuws

Beter begrip van het gedrag van elektronen in plasma's

Beter begrip van het gedrag van elektronen in plasma's

Promovendus Bart Platier van de TU/e heeft een nieuwe op plasma gebaseerde productietechniek ontwikkeld voor belichtingsdiffusors, met behulp van plasma’s op lage temperatuur en onder atmosferische druk.…

Bewolkte dagen leveren grootste pieken zonne-energie

Bewolkte dagen leveren grootste pieken zonne-energie

Bewolkte dagen leveren stroompieken die twintig procent groter kunnen zijn dan bij een strakblauwe lucht. Dat blijkt uit een studie van WUR, Liander en andere partijen naar de impact van zonne-energie op het…

Waarom planten groen zijn

Wat de zonnecel kan leren van de plant

Een internationaal team van onderzoekers heeft een model geformuleerd dat een algemene eigenschap reproduceert van light harvesting (licht oogsten), zoals waargenomen voor vele fotosynthetische organismen. De kennis kan…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuwe kleine transponderschakelaar CTM

De nieuwe CTM is heel klein en is geschikt voor elke radius vanaf slechts 15cm. Toch is het een volwaardige PL e - Cat....

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

14 juli 2020, online

Hannover Messe Digital Days

Een digitaal overzicht van actuele ontwikkelingen op het gebied van industrie, energie en logistiek en...

11 augustus 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

11, 12 , 18, 19 augustus 2020

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

Meer agendapunten »