22 okt. 2014
2 minuten
Scheikundigen van de Universiteit Utrecht openen bij toeval de deur naar lithium-batterijen die volledig uit een vaste stof bestaan. Zij ontdekten een vaste stof die bij kamertemperatuur verrassend goed lithium-ionen geleidt. Volledige vastestof-batterijen zijn zo interessant omdat ze langer meegaan en lichter en veiliger zijn dan onze huidige batterijen.
De Utrechtse scheikundigen ontdekten een manier om de vaste stof lithiumboorhydride (LiBH4) bij kamertemperatuur duizend keer zo geleidend te maken. Dat gebeurde bij toeval, in hun onderzoek naar materialen om waterstof reversibel op te slaan. Eén van de onderzochte materialen was LiBH4 dat werd opgesloten in de minuscule poriën van een nanosilica-spons.
Snelweg voor lithiumionen
"Op een grensvlak van LiBH4 en silica ontstaat een soort snelweg voor lithiumionen. Door het LiBH4 in een nanosilica-spons te stoppen, creëer je heel veel grensvlak. Daardoor is de geleiding bij kamertemperatuur ineens duizend keer hoger dan normaal", legt prof.dr. Petra de Jongh, hoogleraar Anorganische nanomaterialen aan de Universiteit Utrecht, uit.
Extra innovatiekans
Dit LiBH4 in een nanosilica-spons zou de organische vloeistof kunnen vervangen die nu in lithium-batterijen voor het ionentransport zorgt. Door deze organische vloeistof zijn batterijen brandbaar en kunnen ze lekken. Bovendien kan de vloeistof verdampen of reageren, waardoor de levensduur van de batterijen beperkt is. Daarom wordt al enige tijd hard gezocht naar een vaste stof die net zo goed geleidt als de organische vloeistof.
Volledige vastestof lithium-batterijen bieden bovendien een extra innovatiekans: pure lithium elektroden in plaats van elektroden van lithiumcomposiet. Hierdoor neemt de energiedichtheid toe, zodat de batterijen kleiner en lichter kunnen worden. Lithium elektroden combineren met de organische vloeistof kan niet, want dat levert kortsluitingsgevaar en stabiliteitsproblemen op.
Optimalisatie
De geleiding van het experimentele materiaal is nog wel iets slechter dan van de organische vloeistof die nu in batterijen zit. "Maar ons materiaal is nog op geen enkele manier geoptimaliseerd" aldus De Jongh. "Daar werken we nu hard aan. Bovendien willen we experimenteren met andere lithiumverbindingen en met bijvoorbeeld natrium- en magnesiumverbindingen. We verwachten namelijk dat het principe redelijk universeel geldig is."
Prof.dr. Petra de Jongh van de Universiteit Utrecht publiceerde samen met dr. Didier Blanchard van de Deense Technische Universiteit en prof.dr. Arno Kentgens uit Nijmegen de bevindingen in Advanced Functional Materials: "Nanoconfined LiBH4 as a fast lithium ion conductor", Didier Blanchard, Angeloclaudio Nale, Dadi Sveinbjörsson, Tamara Eggenhuisen, Margriet Verkuijlen, Suwarno Suwarno, Tejs Vegge, Arno Kentgens, Petra de Jongh, Advanced Functional Materials d.d. 21 oktober 2014
De Utrechtse scheikundigen ontwikkelden het materiaal, de lithium-mobiliteit werd in Nijmegen gemeten, de Deense onderzoekers voerden het onderzoek naar de geleiding uit.
Dit onderzoek is onder meer gefinancierd door het NWO-ACTS Sustainable Hydrogen programma.
Anderen lazen ook
