Down Under is er iets opwindends aan het gebeuren, en nee, het is niet weer een Crocodile Dundee-film. Australische onderzoekers kunnen bogen op een grote sprong voorwaarts in de batterijwereld, waardoor het spel voor zowel elektrische voertuigen als smartphones mogelijk zal veranderen. De naam van de gamechanger? De lithium-zwavelbatterij (Li-S).
Het nieuw ontwikkelde Li-S-batterijontwerp, ontwikkeld aan de Monash University in Melbourne, biedt een indrukwekkend scala aan voordelen ten opzichte van de traditionele lithium-ionbatterijen die we allemaal hebben leren kennen (en soms, met tegenzin, vervangen). De nieuwe batterijtechnologie bevat maar liefst vijf keer zoveel energie en levert tegelijkertijd de helft van de kosten op. Het lijkt op de Heilige Graal waar de wereld naar op zoek is.
De essentie van deze vooruitgang draait om het verminderen van de hoeveelheid gebruikte lithium en het aanzienlijk verlengen van de levensduur van de batterij. Maar het is niet alleen de langere levensduur die de aandacht trekt. Deze Monash-tovenaars hebben een ‘nanoporeuze, met polymeer gecoate lithiumfolie-anode’ geïntroduceerd, wat, in eenvoudiger bewoordingen, een hip nieuw ontwerp is dat vriendelijker is voor de portemonnee en meer energie verbruikt.
Historisch gezien hadden Li-S-batterijen enige, laten we het noemen, ‘ongewenste chemie’. Toen de lithiumanode en de zwavelkathodes besloten zich te vermengen, brachten ze dendrieten voort – boomachtige structuren – die de batterij en de elektrolyt zouden aantasten. Als gevolg hiervan stopten deze batterijen soms na een schamele 50 cycli. En bij een nogal dramatische ontsnapping veroorzaakten ze soms zelfs kortsluiting en staken ze het ontvlambare elektrolyt in brand. Klinkt als een dramatische soapserie in Battery Land, toch? Nou ja, lithium-ionbatterijen zijn ook niet onschuldig; ze gaan af en toe in vlammen op.
De Monash-onderzoekers, onder leiding van de immer enthousiaste promovendus Declan McNamara, bedachten echter een oplossing voor deze melodramatische problemen. Hun polymeercoating, dunner dan een vel papier en vol minuscule gaatjes (minder dan een nanometer breed), fungeert als een soort bewaker. Het zorgt ervoor dat lithiumionen vrij kunnen rondlopen terwijl ze andere bemoeizuchtige chemicaliën tegenhouden. Volgens McNamara fungeert deze coating niet alleen als gevangenbewaarder, maar ook als ondersteuningssysteem, waardoor lithium wordt geholpen bij het opladen en ontladen.
"Als je als tiener met grenzeloze energie aan metallisch lithium denkt, laat een slechte batterij die energie gewoon verspillen", legt McNamara uit. "Als je deze energie echter goed benut, kan deze energie leiden tot uitstekende opslagapparaten die eenvoudig te maken zijn. Deze nieuwe coating brengt ons dichter bij de productie van efficiënte Li-S-batterijen."
Professor Mainak Majumder steunt McNamara en wijst erop dat het onderzoek een nieuwe blauwdruk oplevert om Li-metaal te beschermen tegen snel verval, voorheen de spreekwoordelijke achilleshiel van Li-S-batterijen. Volgens professor Matthew Hill, een ander lid van de denktank, zouden deze batterijen de volgende grote ontwikkeling kunnen zijn voor een markt die hongerig is naar geavanceerde energieoplossingen, vooral nu de vraag naar elektrische voertuigen, vliegtuigen en elektronica sterk stijgt.
Nu de Li-S-batterij momenteel in de schijnwerpers staat, is het essentieel om te onthouden dat het batterij-universum enorm is. Andere beginnende concurrenten zoals zinkion, natriumion en ijzerlucht strijden ook om een deel van de taart en willen graag de al lang bestaande heerschappij van lithiumion uitdagen.
