Li-batterij met hoge energieopslag ontdekt

Econintersect: De afbeelding lijkt misschien op koraal in een tropische zee, maar wat wordt weergegeven, is een nieuw type lithiumbatterijstructuur. Het is samengesteld uit een vorm van koolstof, grafeen genaamd, die wordt gebruikt om een ​​anode te vormen met een open, poreuze structuur die een probleem oplost dat wordt ervaren met grafeemplaten in vaste vorm, waarbij deeltjes de poriën aan het oppervlak snel verstoppen en de batterij-efficiëntie verminderen. Er wordt aangenomen dat lithium-luchtbatterijen het potentieel hebben om op termijn elektrische auto's van stroom te voorzien met veel betere prestaties dan conventionele vaste batterijen. De ontwikkeling van de nieuwe materiaalstructuur van de anode werd tot stand gebracht in het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in samenwerking met de Princeton University.  Klik op foto voor grotere afbeelding.

Van de R & D-tijdschrift verslag:

Waarom het uitmaakt: Lithium-luchtbatterijen zou de creatie van elektrische voertuigen met een groot bereik mogelijk maken, die tot 300 mijl kunnen reizen tussen oplaadbeurten. Relatief lichte lithium-luchtbatterijen hebben nog steeds last van een beperkte praktische capaciteit en een slechte levensduur. Deze studie toonde echter aan hoe de capaciteit van de batterijen kan worden gemaximaliseerd.

"Dit is van cruciaal belang voor toepassingen, waaronder elektrische voertuigen en energieopslag", zegt Dr. Jun Liu, een materiaalwetenschapper over de studie en directeur van Transformational Materials Science Initiative van PNNL, die het onderzoek financierde.

Wikipedia beschrijft de lithium-luchtbatterij als een batterij die lithium oxideert en zuurstof (uit de lucht) reduceert om een ​​stroom van elektronen te produceren. Er zijn waterige en niet-waterige systemen. Hier is een samenvatting van Wikipedia:

Lithium-luchtbatterijen hebben een hogere energiedichtheid neem contact lithium-ion batterijen vanwege de lichtere kathode en het feit dat zuurstof vrij beschikbaar is in de omgeving en niet in de batterij hoeft te worden opgeslagen.^[1] Met zuurstof als een onbeperkt kathodereagens, is de capaciteit van de batterij beperkt tot de beschikbare ruimte in de kathode om het ontladingsproduct vast te houden. De theoretische grens wordt dus bepaald door de energie-inhoud van een massieve plaat van Li₂O₂. Dit kan in de praktijk niet worden bereikt vanwege de noodzaak van elektrolyt en elektronengeleider in de kathode. Op batterijniveau moet deze capaciteit worden geëvenaard door de juiste hoeveelheid Li in de anode. Lithium-luchtbatterijen bevinden zich momenteel op het niveau van fundamenteel onderzoek en zijn nog niet in de handel verkrijgbaar.^[2]

De nieuwe ontwikkeling staat nog in de kinderschoenen. Er is nog veel te doen, zoals uiteengezet in het PNNL-rapport:

De onderzoekers ontdekten dat de zwarte poreuze structuren meer dan 15,000 milliampère-uur per gram grafeen opslaan, waardoor het qua energiecapaciteit veel dichter is dan andere materialen.

“Er worden nu veel katalysatoren bestudeerd voor deze technologie. In ons proces hebben we ervoor gekozen om geen edelmetaal te gebruiken”, zegt dr. Ji-Guang Zhang, de groepsleider in het onderzoek naar Li-air-batterijen van PNNL. "Dit zal de productiekosten aanzienlijk verlagen en de adopteerbaarheid vergroten."

De batterij bereikt de hoogste niveaus van energiecapaciteit in een omgeving met alleen zuurstof. Bij gebruik in omgevingslucht daalt de capaciteit omdat het water in de lucht het lithiummetaal in de batterijen vervuilt. Het PNNL-team werkt aan de ontwikkeling van een membraan om het water te blokkeren en toch de nodige zuurstof te laten stromen

"We willen de batterij ook oplaadbaar maken", zegt Zhang. “Op dit moment is dat niet zo. Hij is niet volledig oplaadbaar. We werken aan een nieuwe elektrolyt en een nieuwe katalysator, zodat de batterij meerdere keren kan worden opgeladen, mogelijk voor back-uptoepassingen met batterijen die een hoge energiedichtheid vereisen.”

Bron: R & D-tijdschrift (Van Pacific Northwest National Laboratory) en Wikipedia