Doorbraak voor de Li-Ion batterij – Nanotubes van Silicium zorgen voor 10X meer capaciteit.
| 24 september 2009
Er is een grote stap vooruit gemaakt om de elektrische of hybride auto een langere actieradius te geven. Onderzoekers hebben aangetoond dat door het gebruik van silicium nanotubes 10x meer elektrische lading in een Li-Ion batterij opgeslagen kan worden. Dat is veel meer dan met de conventionele techniek van grafietelektroden.Onderzoekers aan de Standford en de Hanyang Universiteit in samenwerking met LG Chem (het bedrijf dat de lithium-ion batterij voor de Chevy VOLT maakt) hebben nanotubes elektroden ontwikkeld die veelbelovend zijn voor de toekomst van de elektrische auto.
Wanneer een dergelijke batterij wordt opgeladen, worden de Lithium ionen verplaatst van de kathode naar de anode. De nieuwe elektroden, beschreven in het online tijdschrift “Nano Letters”, zijn anodes die veel meer energie kunnen opslaan dan de conventionele grafiet elektroden. Dit komt omdat ze veel meer Lithium absorberen als de batterij wordt opgeladen.
Cho Jaephil, professor van energie engineering aan het Ulsan National Institute of Science and Technology in Korea zegt: “Met de huidige technologie heeft een hybride auto een maximale capaciteit voor elektrische aandrijving voor 30 minuten. Met de nieuwe technologie kan dit 3 a 4 uur worden.
Silicium anodes hebben een veel hogere energie opslag capaciteit dan het conventionele grafiet. Het kan per gelijk gewicht 10x meer Lithium opnemen dan grafiet. Silicium neemt in feite zo veel lithium op dat de grootte met 4 toeneemt en dat is dan ook direct het nadeel. De mechanische belasting van het brosse materiaal is zo groot dat de silicium anoden de neiging hebben om te breken, dit al naar slechts een aantal keren laden en ontladen. De onderzoekers zijn daarom gestart met het ontwerpen op nano niveau van silicium tubes die beter met de belasting kunnen omgaan.
De silicium nanotubes lijken op een pakje rietjes. Ze hebben zowel oppervlakte aan de binnen- als aan de buitenkant waaraan het Lithium zich kan hechten (dit is anders dan bij silicium draden, deze hebben maar een kant). De nanotube heeft dus een grote oppervlakte, veel meer oppervlakte voor reactie dan andere materialen. De vorm helpt ook om de belasting beter te weerstaan als een batterij geladen of ontladen wordt. Dit omdat er meer ruimte is voor het silicium om uit te zetten of te krimpen.
De silicium nanotubes worden gemaakt door het herhaaldelijk dompelen van een aluminium sjabloon in een silicium oplossing, het vervolgens te verhitten en het daarna de structuur te etsen met zuur waarmee het aluminium verwijderd wordt. “Het is eenvoudig en commercieel beschikbaar” zegt Cho. Hij werkt samen met LG Chem om het klaar te maken voor massa productie. Cho verwacht dat deze nieuwe batterijen binnen 3 jaar op de markt zullen komen.
Het is nog te vroeg om te kunnen zeggen wat de kosten van het toevoegen van een silicium anode aan een Lithium batterij zal zijn. Maar ook al liggen de kosten hoger deze batterij heeft als voordeel dat ze over meer capaciteit beschikt.
Er zijn nog wat meer uitdagingen of anders gezegd problemen die aangepakt moeten worden voordat deze batterijen in auto’s geplaatst gaan worden.
Eén van de problemen met silicium is het terugkrijgen van alle energie die je erin stopt. Als je een silicium anode gebruikt, zal er over een bepaalde tijd steeds minder energie ontladen worden. Ze hebben de batterij 200x in test kunnen opladen zonder prestatie afname. Voor een auto moet je er zeker van zijn dat dit duizenden keren kan zonder prestatieverlies. Deze testen zijn nog niet uitgevoerd.
Een andere uitdaging is dat de nieuwe anodes gekoppeld moeten worden aan conventionele kathodes. Om de volledige prestatie uit de silicium anode te halen, moet de kathode dezelfde capaciteit hebben. LG Chem en Cho werken aan deze kathodes.
[Tecnologie Review] IK ben duurzaam
| < Vorige | Volgende > |
|---|
