Tot 30% meer capaciteit voor lithium-ionbatterijen

Het team rapporteert over de resultaten in Nature Communications.

Helmut Ehrenberg, hoofd van het Institute for Applied Materials – Energy Storage Systems: "Gebaseerd op een fundamenteel begrip van de elektrochemische processen in batterijen en het innovatieve gebruik van nieuwe materialen, schatten wij dat de opslagcapaciteit van lithium-ionbatterijen tot 30% kan worden verhoogd."

De high-energy variant van lithium-iontechnologie verschilt van de conventionele door een specifiek kathodemateriaal met mangaanrijke materialen met een lithiumovermaat. Er is echter een probleem met deze materialen: bij het opslaan en terughalen van lithiumionen – dat wil zeggen: de basiswerking van een batterij – degradeert het hoogenergetische kathodemateriaal. Het laagoxide transformeert na enige tijd in een kristalstructuur met zeer ongunstige elektrochemische eigenschappen. Als ongewenst gevolg neemt de gemiddelde laad- en ontlaadspanning vanaf het begin af, wat tot nu toe de ontwikkeling van bruikbare high-energy lithium-ionbatterijen heeft voorkomen.

Hoe dit degradatieproces precies verloopt, was tot nu toe niet helemaal duidelijk. Het onderzoeksteam heeft nu het basismechanisme beschreven: "Op basis van gedetailleerd onderzoek van hoogenergetisch kathodemateriaal konden we aantonen dat de degradatie niet direct verloopt, maar indirect door de vorming van een tot nu toe weinig onderzochte lithium-bevattende zoutoplossing," zegt hoofdauteur Weibo Hua. "Bovendien speelt zuurstof een cruciale rol."

Het onderzoek toont ook aan dat nieuwe inzichten in het gedrag van een batterijtechnologie niet noodzakelijk rechtstreeks uit het degradatieproces hoeven te komen: de wetenschappers hadden hun ontdekking gedaan op basis van hun bevindingen verkregen uit onderzoeken uitgevoerd tijdens de synthese van het kathodemateriaal.

Het is nu dus zaak om nieuwe benaderingen te testen voor het minimaliseren van de degradatie in de laagoxiden en om de eigenlijke ontwikkeling van dit nieuwe type batterij te starten.