'Gevangen' ionen doen batterij in kracht afnemen

Datum: 19 januari 2015

Inleiding: Batterijen blijven al te vaak het pijnpunt van gsm's, laptops en andere toestellen. De nieuwste exemplaren zijn krachtiger, maar boeten bij veelvuldig opladen in aan 'power'. Onderzoekers van UAntwerpen en het Coll├Ęge de France ontdekten de oorzaak van dat spanningsverlies.

De beperkte capaciteit van de batterij zorgt ervoor dat de autonomie van bijvoorbeeld een elektrische wagen voor vele mensen nog een struikelblok vormt. Diezelfde problemen zien we onder meer ook bij laptops en gsm’s. “De nieuwste batterijen zijn gebaseerd op lithiumrijke gelaagde oxides”, vertelt prof. Staf Van Tendeloo (Fysica, UAntwerpen). “Die zijn 15% krachtiger dan klassieke lithiumbatterijen, maar de spanning van de batterijen neemt snel af bij veelvuldig op- en afladen.”

Onderzoekers van UAntwerpen en het Collège de France (Parijs) vonden nu de oorzaak van die spanningsval. Van Tendeloo: “Door middel van geavanceerde elektronenmicroscopie ziet men hoe metaalionen over en weer springen tussen de laagjes metaal en de laagjes lithium. Bij laden en ontladen worden die metaalionen soms gevangen in de tussenholtes en zijn er bij elke cyclus minder ‘vrije’ metaalatomen. Daardoor ontstaat een verlaagde spanning.”

Minder hinder

Het staat nu vast dat de oorzaak van de verminderde spanning rechtstreeks samenhangt met de metaalatomen die’ gevangen’ worden bij het laden of ontladen. “De volgende stap is dus duidelijk: zorg er voor dat de metaalatomen minder gehinderd worden”, stelt de fysicaprofessor. “Dat kan door andere metaalatomen te kiezen of door het zuurstofrooster aan te passen. Precies wat we nu gaan proberen.”

Het Antwerps-Parijse onderzoek is dus essentieel voor de verdere ontwikkeling van nieuwe en betere batterijen. Dat is ook de wetenschappelijke tijdschriften niet ontgaan: de bijdrage over de vinding verscheen in Nature Materials.

Origin of voltage decay in high-capacity layered oxide electrodes, De witte stippen, aangeduid met de pijlpunten, tonen de atomen die zijn blijven ‘hangen’ aan. Het beeld werd 35 miljoen keer vergroot.