2min

Wetenschappers aan de Northwestern University hebben in het tijdschrift Advanced Energy Materials een artikel gepubliceerd waarin ze uitleggen hoe de capaciteit en de oplaadsnelheid van lithium-Ion batterijen tien keer beter kunnen presteren.

Lithium-Ion batterijen laden op door middel van een chemische reactie waarbij lithiumionen zich tussen twee uiteindes van een batterij verplaatsen, de anode en de kathode. Door klontjes silicium toe te voegen aan de grafeenanode verhoogt de capaciteit van een lithium-Ion batterij met factor 10, terwijl hij ook nog eens 10 keer sneller oplaad. Dat meldt Harold Kung, wetenschapper aan de Northwestern University.

De hogere capaciteit is te danken aan het silicium. Normaal gesproken bestaat zo’n anode alleen maar uit grafeenlaagjes. Dan kan er ongeveer één lithiumkern op 6 koolstofkernen worden geborgen. Bekend was al dat er met silicium veel verder gegaan kan worden: in theorie 4 Li-ionen op één siliciumkern. Daarbij treedt er een dusdanige volumeverandering op dat zo’n anode zichzelf binnen korte tijd uit elkaar wrikt. Door kleine stukjes silicium te sandwichen tussen relatief flexibele grafeenlaagjes kan er volgens Kung de volumeveranderingen probleemloos worden opgevangen.

De oplaadsnelheid wordt vooral beperkt door de tijd die het de ionen kost om vanaf de zijkant van de anode tussen de grafeenlaagjes te dringen. Door het grafeen te perforeren met gaatjes van 10 tot 20 nanometer wordt de tijd hiervan sterk verkort. Door de gaatjes kunnen alleen Li-ionen en geen soliciumclusters. Omdat de oplaadcapaciteit vooral door de silicium wordt bepaald word er nauwelijks probleem ondervonden door de gaatjes.

De batterij heeft echter ook een nadeel. Zo neemt de tijd die nodig is om deze helemaal op te laden en de tijd die deze mee kan na 150 keer opladen sterk af. Overigens is de batterij dan nog wel altijd beter dan de oplaadbare batterijen die we nu gebruiken. Verwacht wordt dat de nieuwe accu’s binnen drie tot vijf jaar op de markt verschijnen.