Deze batterij-innovatie kan elektrisch rijden hertekenen: actieradius spectaculair vergroot

Het membraan van een batterij bevindt zich tussen de twee elektrolyten en zorgt ervoor dat er geen kortsluiting ontstaat in de batterij. De duurzaamheid ervan wordt beïnvloed door het opladen en ontladen van de batterij.

Een team van de universiteit van Michigan heeft een nieuw soort membraan ontwikkeld, gebaseerd op elementen uit de natuur. De wetenschappers gebruikten gerecycleerde Kevlar - hittebestendige, lichte vezels die bijvoorbeeld ook in kogelwerende vesten zitten - om een netwerk van nanovezels te creëren, vergelijkbaar met een celmembraan. 

Dit type membraan gebruikten ze vervolgens in de batterij van de volgende generatie: de lithium-zwavelbatterij. 

Vijf keer zoveel lading

Lithium-zwavelbatterijen kunnen tot vijf keer zoveel lading bevatten als lithium-ionbatterijen, die in zowat alles worden gebruikt - van smartphones en laptops tot pacemakers. Toch zijn ze vooralsnog onbruikbaar in consumentenelektronica. Door de instabiliteit van de kathodes (de pool waar de elektronen het systeem ingaan) is de levensduur van dit type batterij ook onvoldoende voor gebruik in elektrische voertuigen. Ze slijten zeer snel, wat betekent dat ze veel vaker vervangen moeten worden dan hun stabielere tegenhangers.

Omwille van het baanbrekende potentieel van lithium-zwavelbatterijen zijn onderzoeksinstellingen in de hele wereld op zoek naar methodes om dit fundamenteel probleem op te lossen en de technologie levensvatbaar te maken. Eerder onderzoek richtte zich vooral op het gebruik van een flexibele kathode. 

“Verschillende rapporten spreken van honderden cycli van op- en ontladen voor lithium-zwavelbatterijen, maar dat gaat ten koste van andere parameters, zoals capaciteit, laadsnelheid, veerkracht en veiligheid”, zegt Nicholos Kotov, professor chemische wetenschappen en techniek aan de universiteit van Michigan, die het nieuwe onderzoek leidde. “De uitdaging is een batterij te maken die het aantal cycli verhoogt van tien cycli naar honderden cycli en die tegelijk voldoet aan alle andere vereisten.”

‘Bijna volmaakt’

Kotov omschrijft het ontwerp met het nieuwe type membraan als “bijna volmaakt”, omdat de capaciteit en efficiëntie de limieten van lithium-zwavelbatterijen benaderen.

De verwachte levensduur van duizend cycli zou betekenen dat de gemiddelde auto-accu ongeveer om de tien jaar vervangen moet worden, terwijl de gebruikte materialen veel overvloediger beschikbaar zijn en minder schadelijk zijn voor het milieu dan die van lithium-ionbatterijen.

“Wat we nu nodig hebben voor autobatterijen, is dat we recordniveaus bereiken op meerdere parameters”, zegt Kotov. “Je kan het vergelijken met gymnastiek op de Olympische Spelen: alles moet perfect zijn.”