Onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hebben een scheikundige doorbraak bereikt. Ze denken dat deze ervoor zal zorgen dat de batterijen van elektrische voertuigen bijna twee keer zoveel energie kunnen bevatten dan hun traditioneel gebruikte lithium-ion-tegenhangers.

In een artikel van pv magazine valt te lezen dat de oplossing in kwestie gebruik maakt van een lithium-metaalsamenstelling met een energiedichtheid van 350 wattuur per kilogram (Wh/kg). Deze bevindt zich aan de hoge kant van het spectrum. Deze samenstelling heeft ook het extra voordeel veel lichter te zijn dan de traditionele lithium-ion-chemie.

Nieuw record
De aspecten van de lithium-metaalsamenstelling zijn echter niet nieuw. Wat nieuw is, is de bestendigheid van de batterij. In het verleden stierven lithium-metaalbatterijen een voortijdige dood. Oude records stonden op slechts volbrachte 200 cycli, waarna een aanzienlijke capaciteitsdegradtie intrad.

De door het PNNL-team ontwikkelde samenstelling is in staat om na 600 cycli 76 procent van zijn oorspronkelijke capaciteit te behouden, waarmee het oude record ver achter zich wordt gelaten. Er is zeker nog werk aan de winkel, aangezien de momenteel gebruikte EV-batterijen doorgaans ongeveer 1.000 cycli meegaan.

Dunner is beter
De doorbraak werd bereikt toen onderzoekers besloten dunne reepjes lithium-metaal te testen, dunner dan een streng haar. Deze beslissing brak met de traditie, omdat algemeen werd aangenomen dat dikkere lithiumanoden het meest optimaal zouden zijn.

De onderzoekers ontdekten in plaats daarvan dat het tegenovergestelde waar was en kwamen tot de conclusie dat dikkere strips direct bijdragen aan het falen van de batterij, vanwege complexe reacties rond een film op de anode die bekend staat als de vaste elektrolyt-interfase.

Moleculaire poortwachter
Onder optimale omstandigheden fungeert de interfase van de vaste elektrolyt als een moleculaire poortwachter tussen de anode en de elektrolyt. Dunnere lithiumstrips, zo bleek, behouden het contact tussen de vloeibare elektrolyt en de anode, waardoor belangrijke elektrochemische reacties mogelijk worden.

Samenwerkingen
Het werk werd gefinancierd door DOE's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy's Vehicle Technologies Office en werd gedaan via DOE's Innovation Center for Battery500 Consortium.

Dit is een inspanning van meerdere instellingen onder leiding van PNNL om batterijen voor elektrische voertuigen te ontwikkelen die lichter, energie-intensiever en minder duur zijn dan de huidige batterijen. De naam Battery500 komt van het fundamentele doel van het consortium om een ​​batterij van 500 wattuur per kilogram te ontwikkelen.