Plus Draait de batterij van de toekomst op zuurstof?

Al jaren wordt een batterij op lithium en lucht getipt als een van de opvolgers van de lithium-ionbatterij. Wanneer volgt de langverwachte doorbraak?

Fran Herpelinck | 5 maart 2019
Batteries 87535 1920

Van smartphones over laptops tot accu’s voor elektrische fietsen en wagens: lithium-ionbatterijen zijn alomtegenwoordig. De accu’s blinken uit in energiedichtheid, zijn eenvoudig op te laden en hebben een relatief lange levensduur. Achter de schermen werken wetenschappers volop aan een nieuwe generatie batterijen, die energie opwekken op basis van lithium en zuurstof, onttrokken aan de lucht.

Wondermiddel

Een tiental jaar geleden stond lithium-lucht kortstondig in de aandacht, toen zowel IBM als verschillende grote autobedrijven de lithium-luchtaccu uitriepen tot ‘batterij van de toekomst’: waar niet alleen elektrische wagens op zouden rijden, maar ook groene energie mee kon worden opgeslagen. De voordelen? Werken met lucht maakt de batterijen niet alleen lichter, maar ook vele malen krachtiger dan lithium-ion: tot liefst 10 keer zo performant, volgens de meest gunstige prognoses. Bovendien zou het een manier zijn om los te koppelen van kritieke metalen zoals kobalt bijvoorbeeld, dat zeldzaam en duur is, maar wel noodzakelijk voor de kathode van een klassieke lithium-ionbatterij.

Tot op vandaag is er wereldwijd nergens een commerciële lithium-luchtbatterij ontwikkeld. Is de technologie te snel gehypet of mogen we toch nog hoop koesteren? Batterij-experte Fanny Bardé van imec/EnergyVille meent alvast het laatste. “Op papier kan je niet rond het gigantische potentieel van lithium-lucht heen. De sterke eigenschappen, zoals een grote energiedichtheid voor een gering gewicht, zijn de voorbije jaren veelvuldig aangetoond. Let wel: nog niet met prototypes, wel op celniveau in wetenschappelijke labo’s. Alleen zijn er tal van tekortkomingen die een commerciële doorbraak nog even in de weg staan”, legt Bardé uit.

Open circuit

Voornaamste struikelblok is de stabiliteit van de batterijcomponenten. In klassieke batterijen zitten alle werkzame stoffen in een gesloten circuit; in een lithiumbatterij is de kathodezijde poreus om lucht en dus zuurstof binnen te laten. “De lucht zorgt voor een lichte batterij, maar het nadeel is dat lucht niet enkel uit zuurstof bestaat en dus ook andere stoffen, zoals CO2 en water, met het lithium gaan reageren. Dat tast zowel de levensduur van de batterij als de herlaadbaarheid aan”, stelt Bardé.

Veelbelovend

Toch worden die gebreken stelselmatig verkleind of weggewerkt. Vorig jaar slaagde een team van Franse en Amerikaanse wetenschappers erin om rond een proefbatterij een dunne film van CO2 te coaten. Het lukte vervolgens om de batterij tot 700 keer opnieuw op te laden, met een spanningsverlies dat slechts geleidelijk aan opliep van 1,3 naar 1,6 volt.

Braziliaanse onderzoekers van de universiteit van Campinas maakten onlangs bekend dat de – momenteel nog experimentele – lithium-luchtbatterij in de toekomst in staat zal zijn om voldoende energie te leveren voor auto's, woningen en bedrijven. Dat concluderen ze op basis van tests met een synchrotron, een deeltjesversneller, die de chemische reacties in de batterij meet.

Bij imec zet men naast lithium-lucht ook in op vastestofbatterijen, een andere mogelijke opvolger van de lithium-ionbatterij. Anders dan bij klassieke batterijen, waar het elektrolyt (dat ionen transporteert tussen kathode en anode, red.) vloeibaar is, gaat het in dit type om vaste materie. Tussen beide onderzoekstrajecten is er volgens Bardé sprake van enige kruisbestuiving. Zo ontwikkelde imec recent een geleidende kunststoflaag. Imec wil graag bekijken of deze ‘3D nanomesh’ als poreuze kathode gebruikt kan worden voor lithium-luchtbatterijen.

Datum onbekend

Dat lithium-luchtbatterijen stilaan afstevenen op een doorbraak, staat volgens vooraanstaande batterij-wetenschappers buiten kijf. Gezien de ontwikkeling echter nog steeds in het teken staat van fundamenteel onderzoek, is het wel moeilijk voorspellen wanneer. “Zoals dat wel vaker gaat, is de meest veelbelovende technologie niet de meest eenvoudige. Voor lithium-lucht is dat nog zacht uitgedrukt. De komende vijf jaar zal er in ieder geval nog geen commerciële lithium-luchtbatterij op de markt komen. Maar, gezien de stappen die er de voorbije jaren zijn gezet, hopen we op een nieuwe investeringsgolf. Als die er komt, kan het plots snel gaan”, besluit Bardé.

Verder lezen?

Maak een profiel aan en lees Susanova nu 1 maand gratis.