In een tijdperk waarin de vraag naar efficiënte en duurzame energieopslag enorm is, heeft een baanbrekende ontwikkeling van de School of Engineering and Applied Sciences van Harvard University een nieuwe standaard gezet op het gebied van batterijtechnologie. De onderzoekers hebben een nieuwe lithium-metaalbatterij onthuld die minstens 6000 laad- en ontlaadcycli aankan en binnen enkele minuten volledig kan worden opgeladen. Deze revolutionaire ontwikkeling belooft niet alleen de manier waarop we batterijen gebruiken te transformeren, maar effent ook de weg voor meer praktische toepassingen in sectoren zoals elektrische voertuigen.
De kern van dit onderzoek ligt in de fabricage van solid-state batterijen met behulp van lithium-metaalanodes, een methode die nieuwe inzichten heeft opgeleverd in materialen voor potentieel revolutionaire batterijen. De studie, onlangs gepubliceerd in "Nature Materials", benadrukt de aanzienlijke vooruitgang die is geboekt in het begrijpen en gebruiken van lithium-metaalanodes. Xin Li, auteur van het artikel, merkte op: "Lithium-metaalanodes worden beschouwd als de heilige graal van batterijen. Ze hebben een capaciteit die tien keer zo groot is als die van commerciële grafietanodes, waardoor de actieradius van elektrische voertuigen aanzienlijk kan worden vergroot. Ons onderzoek markeert een cruciale stap naar meer praktische solid-state batterijen in industriële en commerciële toepassingen."
Een van de grootste uitdagingen bij het ontwerpen van deze batterijen was de vorming van dendrieten op het anodeoppervlak. Deze wortelachtige structuren groeien in de elektrolyt en doorbreken de barrière tussen de anode en de kathode, wat leidt tot kortsluiting en zelfs brand. In 2021 pakten Li en zijn team dit probleem aan door een meerlaagse batterij te ontwerpen, waarbij verschillende materialen met verschillende stabiliteiten tussen de anode en de kathode werden geplaatst. Dit meerlaagse, multimateriaalontwerp blokkeerde de lithiumdendrieten niet volledig, maar controleerde en beperkte hun penetratie.
In hun nieuwste onderzoek heeft het team verdere vooruitgang geboekt door siliciumdeeltjes van micrometergrootte in de anode te integreren. Deze aanpak verkleint de lithiëringsreactie en bevordert een gelijkmatige galvanisering van dik lithiummetaal, waardoor dendrietvorming effectief wordt voorkomen. Bovendien kunnen de galvaniserings- en stripprocessen snel plaatsvinden op vlakke oppervlakken, waardoor de batterij in slechts 10 minuten volledig kan worden opgeladen.
In de experimentele fase werd een zakbatterij ter grootte van een postzegel ontwikkeld, 10 tot 20 keer groter dan de meeste knoopcelbatterijen die in universitaire laboratoria worden geproduceerd. Opmerkelijk genoeg behield deze batterij zelfs na 6000 cycli nog steeds 80% van zijn capaciteit, waarmee hij andere zakbatterijen op de markt overtrof.
Deze innovatie van Harvard is meer dan alleen een academische prestatie; het betekent een enorme sprong voorwaarts in de batterijtechnologie. Met zijn verbeterde capaciteit, veiligheid en efficiëntie heeft de lithium-metaalbatterij, ontwikkeld door Li en zijn team, de potentie om energieopslag en -gebruik te revolutioneren, met name in elektrische voertuigen. Dit markeert een belangrijke mijlpaal in onze reis naar een duurzamere en energiezuinigere toekomst.
Plaatsingstijd: 12-01-2024
