94-jarige professor vindt niet-ontplofbare batterij uit
John Goodenough werkt momenteel aan de Cockrell School of Engineering in Austin, Texas, en wordt aanzien als één van de uitvinders van de lithium-ionbatterij. Ondanks het grote succes van de accu hebben de batterijen een groot nadeel: een te snelle oplaadbeurt of te grote toename aan druk kunnen ervoor zorgen dat de dingen ontploffen. De 94-jarige Goodenough heeft samen met Maria Helena Braga een oplossing gevonden voor het probleem.
Glas
In de lithium-ionbatterij die je onder andere in je smartphone kan terugvinden, wordt gebruik gemaakt van vloeibare elektrolyten. Deze vloeibare elektrolyten laten toe dat er lithiumionen tussen de anode en kathode worden uitgewisseld, waardoor er stroom ontstaat. Wanneer je een dergelijke batterij te snel oplaadt, kunnen er echter zogenaamde dendrieten worden gevormd doorheen de elektrolyten. Dendrieten zijn lithiumionen die zich vastzetten aan de anode, waarbij ketens van lithium worden gevormd. Deze ketens kunnen voor kortsluiting zorgen, waarna de accu kan exploderen en vuur kan vatten.
Goodenough en zijn collega’s hebben besloten om glazen elektrolyten te gebruiken, waardoor de anode van een alkalimetaal, zoals lithium, natrium of kalium, kan worden gemaakt. In de speciale batterij kunnen geen dendrieten worden gevormd, wat ervoor zorgt dat de accu snel kan worden opgeladen zonder dat er dendrieten worden gevormd.
Doordat er een alkalimetaal wordt gebruikt voor de anode wordt de energiedensiteit van de kathode verhoogd. Hierdoor bevat de solid-state accu drie keer zo veel energie als een lithium-ionbatterij van vergelijkbare grootte. Ook kan de batterij van Goodenough vaker oplaad- en ontlaadcyli doorlopen. Tijdens hun onderzoek hebben de wetenschappers de batterij doorheen 1.200 cycli getest.
Elektrische wagens
Wat de solid-state batterij pas echt interessant maakt, is het feit dat er nog steeds een hoge geleidbaarheid is bij -20 graden Celsius. Ter vergelijking: andere solid-state batterijen werken slechts bij temperaturen hoger dan 60 graden Celsius. Dit maakt de accu van Goodenough ideaal om te gebruiken in wagens. Zelfs wanneer het vriest, zal de batterij je niet in de steek laten.
“De kosten, veiligheid, energiedensiteit, oplaad- en ontlaadsnelheid en levensduur zijn kritiek voor de adoptie van elektrische wagens. We geloven dat onze uitvinding veel problemen oplost die kenmerkend zijn aan de batterijen van de dag van vandaag,” vertelt Goodenough.
Bovendien kunnen elektrische wagens nog groener worden gemaakt dankzij de technologie. “De glazen elektrolyten laten toe dat het lithium wordt vervangen door goedkoop natrium. Natrium wordt uit zeewater gehaald en is ruim beschikbaar,” weet Braga.
John Goodenough werkt momenteel aan de Cockrell School of Engineering in Austin, Texas, en wordt aanzien als één van de uitvinders van de lithium-ionbatterij. Ondanks het grote succes van de accu hebben de batterijen een groot nadeel: een te snelle oplaadbeurt of te grote toename aan druk kunnen ervoor zorgen dat de dingen ontploffen. De 94-jarige Goodenough heeft samen met Maria Helena Braga een oplossing gevonden voor het probleem.
Glas
In de lithium-ionbatterij die je onder andere in je smartphone kan terugvinden, wordt gebruik gemaakt van vloeibare elektrolyten. Deze vloeibare elektrolyten laten toe dat er lithiumionen tussen de anode en kathode worden uitgewisseld, waardoor er stroom ontstaat. Wanneer je een dergelijke batterij te snel oplaadt, kunnen er echter zogenaamde dendrieten worden gevormd doorheen de elektrolyten. Dendrieten zijn lithiumionen die zich vastzetten aan de anode, waarbij ketens van lithium worden gevormd. Deze ketens kunnen voor kortsluiting zorgen, waarna de accu kan exploderen en vuur kan vatten.
Goodenough en zijn collega’s hebben besloten om glazen elektrolyten te gebruiken, waardoor de anode van een alkalimetaal, zoals lithium, natrium of kalium, kan worden gemaakt. In de speciale batterij kunnen geen dendrieten worden gevormd, wat ervoor zorgt dat de accu snel kan worden opgeladen zonder dat er dendrieten worden gevormd.
Doordat er een alkalimetaal wordt gebruikt voor de anode wordt de energiedensiteit van de kathode verhoogd. Hierdoor bevat de solid-state accu drie keer zo veel energie als een lithium-ionbatterij van vergelijkbare grootte. Ook kan de batterij van Goodenough vaker oplaad- en ontlaadcyli doorlopen. Tijdens hun onderzoek hebben de wetenschappers de batterij doorheen 1.200 cycli getest.
Elektrische wagens
Wat de solid-state batterij pas echt interessant maakt, is het feit dat er nog steeds een hoge geleidbaarheid is bij -20 graden Celsius. Ter vergelijking: andere solid-state batterijen werken slechts bij temperaturen hoger dan 60 graden Celsius. Dit maakt de accu van Goodenough ideaal om te gebruiken in wagens. Zelfs wanneer het vriest, zal de batterij je niet in de steek laten.
“De kosten, veiligheid, energiedensiteit, oplaad- en ontlaadsnelheid en levensduur zijn kritiek voor de adoptie van elektrische wagens. We geloven dat onze uitvinding veel problemen oplost die kenmerkend zijn aan de batterijen van de dag van vandaag,” vertelt Goodenough.
Bovendien kunnen elektrische wagens nog groener worden gemaakt dankzij de technologie. “De glazen elektrolyten laten toe dat het lithium wordt vervangen door goedkoop natrium. Natrium wordt uit zeewater gehaald en is ruim beschikbaar,” weet Braga.
