Coating maakt batterij sneller
Rotterdam, 12 maart. Met aangepast materiaal duurt het nog maar seconden om oplaadbare batterijen op te laden, in plaats van uren. Twee natuurkundigen van het Massachusetts Institute of Technology in het Amerikaanse Cambridge hebben de lithiumverbinding waar oplaadbare batterijen van zijn gemaakt, zo aangepast dat de batterijen supersnel oplaadbaar worden. Dat schrijven zij vandaag in Nature.
Byoungwoo Kang en Gerbrand Ceder gebruikten de lithiumverbinding waar de oplaadbare batterijen in bijvoorbeeld mobiele telefoons, laptops en hybride auto’s nu ook al van zijn gemaakt. Zulke batterijen leveren een elektrische stroom wanneer lithiumionen (lithiumatomen die een elektron missen) van de ene naar de andere elektrode (de + en - polen van de batterij) stromen. Bij het opladen loopt er ook zo’n stroom, maar dan in omgekeerde richting.
Al langer was bekend dat die lithiumionen zich met grote snelheid door het materiaal kunnen verplaatsen. Zij bewegen daarbij door ‘kanalen’ in het materiaal, die een snelle passage toestaan.
In theorie zou opladen daardoor ook snel moeten verlopen – want vooral de snelheid van de lithiumionen en de vrije elektronen door de elektroden is daarvoor bepalend. Maar de in de praktijk duurt opladen nog altijd uren.
In hun artikel in Nature geven Kang en Ceder de reden daarvoor, én komen zij met een oplossing. De reden is dat de lithiumionen aan het oppervlak van de elektrode de kanalen niet goed weten te vinden. De oplossing bestaat uit een coating van lithiumfosfaatglas rond de elektroden. De geleidende coating leidt de ionen over het materiaaloppervlak en zo ook langs de kanalen – als een lopende band op het vliegveld waar passagiers bij elke gate van af kunnen stappen. Bij een test wisten de twee fysici zo een kleine batterij op te laden in slechts 9 seconden.
Omdat het materiaal niet afwijkt van de materialen in de huidige oplaadbare batterijen, denken zij dat hun vondst binnen drie jaar zijn weg naar de markt zal vinden. Ook al omdat hun proeven laten zien dat de coating niet snel degradeert bij vaak opladen.
Bij het opladen van grote batterijen voor elektrische auto’s zou het elektriciteitsnet overigens de snelheid weer iets inperken: het kan niet zoveel vermogen leveren ineens. Elektrische auto’s zouden met de nieuwe batterijen wél sneller optrekken, want het omgekeerde van snel opladen is snel vermogen leveren, en dat gaat nu ook.