ENGINEERINGNET.BE - Oplaadbare batterijen zijn een belangrijk onderdeel van de energietransitie, zeker nu er steeds meer duurzame energie beschikbaar komt. Van de vele soorten oplaadbare batterijen behoren Li-ion-batterijen tot de krachtigste en meest gebruikte.
Om deze batterijen elektrisch aan te kunnen sluiten, worden vaak gelaagde oxidematerialen als elektrode gebruikt. Hun atomaire structuur wordt echter onstabiel wanneer de batterij wordt opgeladen. Dit heeft uiteindelijk invloed op de levensduur van de batterij.
Om dit probleem op te lossen, werkte TU Delft samen met internationale onderzoekers. Onderzoeker Qidi Wang van TU Delft: “Het gelaagde oxide dat wordt gebruikt als kathodemateriaal voor Li-ionbatterijen is netjes geordend. We hebben een structuurontwerpstudie uitgevoerd om chemische korteafstandswanorde in het materiaal te introduceren via een verbeterde synthesemethode. Daardoor werd het stabieler tijdens gebruik van de batterij.”
De verbeterde structurele stabiliteit verdubbelde bijna het capaciteitsbehoud van de batterij na 200 laad- en ontlaadcycli. Bovendien verhoogt de chemische korteafstandswanorde de ladingsoverdracht in de elektrode, wat resulteert in kortere oplaadtijden. Het team demonstreerde deze voordelen voor veelgebruikte commerciële kathodes, zoals lithiumkobaltoxide en lithiumnikkelmangaankobaltoxide.
De uitkomsten kunnen leiden tot een nieuwe generatie Li-ion-batterijen, met lagere productiekosten en een kleinere CO2-voetafdruk per eenheid opgeslagen energie gedurende de hele levensduur van de batterij.
Het team gaat nu onderzoeken of dezelfde materiaalontwerpprincipes bruikbaar zijn om kathodes te maken van grondstoffen die minder schaars zijn. “Kobalt en nikkel zijn kritieke materialen voor energietechnologieën. Het is een goede zaak om het gebruik van deze materialen in batterijen te verminderen”, aldus hoofdonderzoeker Marnix Wagemaker van TU Delft.
Partners in het onderzoek zijn het Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie en diverse Chinese kennisinstellingen.
