18 aug. 2021
2 minuten
Een nieuw type lithium-metaalbatterij biedt een extreem hoge energiedichtheid van 560 wattuur per kilogram met een opmerkelijk goede stabiliteit. Hiervoor hebben onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en het Helmholtz Institute Ulm (HIU) een veelbelovende combinatie van kathode en elektrolyt gebruikt: met de nikkelrijke kathode kan per massa veel energie worden opgeslagen, de ionische vloeibare elektrolyt zorgt ervoor dat de capaciteit grotendeels behouden blijft gedurende vele laadcycli.
Het team rapporteert over de batterij in het tijdschrift Joule.
De lithium-iontechnologie heeft moeite om te voldoen aan de vraag naar lichte, compacte voertuigen met een groot bereik. Lithium-metaalbatterijen zijn een alternatief: ze worden gekenmerkt door een hoge energiedichtheid. Maar hun stabiliteit vormt een uitdaging – omdat de elektrodematerialen reageren met gewone elektrolytsystemen.
De onderzoekers hebben nu een kansrijke nieuwe materiaalcombinatie gevonden. Ze gebruiken een kobaltarme, nikkelrijke gelaagde kathode (NCM88). Dit biedt een hoge energiedichtheid. Met de veelgebruikte in de handel verkrijgbare organische elektrolyt (LP30) laat de stabiliteit echter te wensen over. De opslagcapaciteit neemt af naarmate het aantal laadcycli toeneemt. Stefano Passerini, directeur van de HIU en hoofd van de onderzoeksgroep batterij-elektrochemie: "In de LP30-elektrolyt treden deeltjesscheuren op op de kathode. De elektrolyt reageert binnen deze scheuren en vernietigt de structuur. Daarnaast vormt zich een dikke, mosachtige lithiumhoudende laag op de kathode." De onderzoekers gebruikten daarom in plaats daarvan een niet-vluchtige, niet-brandbare ionische vloeibare elektrolyt met twee anionen (ILE). "Met behulp van de ILE kunnen de structurele veranderingen in de nikkelrijke kathode aanzienlijk worden verminderd", zegt Guk-Tae Kim van HIU.
Met de ionische vloeibare elektrolyt ILE (rechts) kunnen structurele veranderingen in de nikkelrijke kathode NCM88 grotendeels worden vermeden; 88 procent van de capaciteit van de batterij blijft behouden gedurende 1.000 laadcycli. (Afbeelding: Fanglin Wu en Dr. Matthias Künzel, KIT / HIU)
Met de kathode NCM88 en de elektrolyt ILE bereikt de lithium-metaalbatterij een energiedichtheid van 560 wattuur per kilogram (Wh/kg). Het heeft in eerste instantie een opslagcapaciteit van 214 milliampere uur per gram (mAh/g); 88 procent van de capaciteit blijft behouden over 1000 laadcycli. De Coulomb-efficiëntie, die de verhouding tussen de onttrokken en geleverde capaciteit aangeeft, bedraagt gemiddeld 99,94 procent. De gepresenteerde batterij wordt volgens de onderzoekers verder gekenmerkt door een hoog veiligheidsniveau.
Anderen lazen ook
