Toevallige ontdekking maakt volledige vaste stof batterij mogelijk
Veiliger, lichter en duurzamer
Scheikundigen van de Universiteit Utrecht openen 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 vaste stof batterijen zijn zo interessant omdat ze langer meegaan en lichter en veiliger zijn dan onze huidige batterijen. 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.
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.
‘Op een grensvlak van LiBH4 en silica ontstaat een soort snelweg voor lithium-ionen. 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-sponszou 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 vaste stof lithium-batterijen bieden bovendien een extra innovatiekans: pure lithium-elektroden in plaats van elektroden van lithium-composiet. 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 lithium-verbindingen en met bijvoorbeeld natrium- en magnesiumverbindingen. We verwachten namelijk dat het principe redelijk universeel geldig is.’
Publicatie
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
N.B. De Utrechtse scheikundigen ontwikkelden het materiaal, de lithium-mobiliteit werd in Nijmegen gemeten, de Deense onderzoekers voerden het onderzoek naar de geleiding uit.
Universiteit Utrecht en duurzaamheid
Binnen onderzoek, onderwijs, valorisatie en bedrijfsvoering neemt duurzaamheid een belangrijke plaats in. De universiteit neemt haar maatschappelijke verantwoordelijkheid om in ecologisch, economisch en sociaal opzicht een actieve bijdrage te leveren aan een duurzame samenleving. Ook ziet de Universiteit Utrecht het als onderdeel van haar maatschappelijke taak om studenten en medewerkers bewust te maken van de uitdagingen op het gebied van duurzaamheid, en middels onderzoek bij te dragen aan oplossingen voor deze uitdagingen. Kijk ook op: www.uu.nl/duurzaamheid