In een tijdperk waarin de vraag naar efficiënte en duurzame energieopslag op zijn hoogtepunt is, heeft een baanbrekende ontwikkeling van de School of Engineering and Applied Sciences van Harvard University een nieuwe maatstaf gezet op het gebied van batterijtechnologie. De onderzoekers hebben een nieuwe lithium-metaalbatterij onthuld die minstens 6.000 laad- en ontlaadcycli kan doorstaan en die binnen enkele minuten volledig kan worden opgeladen. Deze revolutionaire vooruitgang belooft niet alleen de manier waarop we batterijen gebruiken te transformeren, maar maakt ook de weg vrij voor meer praktische toepassingen in industrieën zoals elektrische voertuigen.
De kern van dit onderzoek ligt in de fabricage van vastestofbatterijen met behulp van lithiummetaalanodes, een methode die nieuwe inzichten heeft opgeleverd in materialen voor potentieel revolutionaire batterijen. De studie, onlangs gepubliceerd in ‘Nature Materials’, benadrukt de aanzienlijke vooruitgang die is geboekt bij het begrijpen en gebruiken van lithiummetaalanodes. Xin Li, de auteur van het artikel, merkte op: “Lithium-metaalanodebatterijen worden beschouwd als de heilige graal onder de batterijen. Ze hebben een capaciteit die tien keer zo groot is als die van commerciële grafietanodes, waardoor het rijbereik van elektrische voertuigen mogelijk aanzienlijk wordt vergroot. Ons onderzoek markeert een cruciale stap in de richting van meer praktische solid-state batterijen in industriële en commerciële toepassingen.”
Een van de grootste uitdagingen bij het ontwerpen van deze batterijen is de vorming van dendrieten op het anodeoppervlak. Deze wortelachtige structuren groeien in de elektrolyt en doorboren de barrière die de anode en kathode scheidt, wat leidt tot kortsluiting in de batterij en zelfs tot brand. In 2021 pakten Li en zijn team dit probleem aan door een meerlaagse batterij te ontwerpen, waarbij verschillende materialen met verschillende stabiliteiten tussen de anode en kathode werden geplaatst. Dit meerlaagse ontwerp met meerdere materialen blokkeerde de lithiumdendrieten niet volledig, maar controleerde en bevatte hun penetratie.
In hun laatste onderzoek heeft het team verdere vooruitgang geboekt door siliciumdeeltjes ter grootte van een micrometer in de anode op te nemen. Deze aanpak krimpt de lithiëringsreactie en bevordert een uniforme galvanisatie van dik lithiummetaal, waardoor dendrietvorming effectief wordt voorkomen. Bovendien kunnen de galvaniseer- en stripprocessen snel plaatsvinden op vlakke oppervlakken, waardoor de batterij in slechts 10 minuten volledig kan worden opgeladen.
In de experimentele fase werd een zakbatterij gemaakt ter grootte van een postzegel, 10 tot 20 keer groter dan de meeste muntbatterijen die in universitaire laboratoria worden geproduceerd. Opmerkelijk genoeg behield deze batterij zelfs na 6.000 cycli 80% van zijn capaciteit, waarmee hij beter presteerde dan andere zakbatterijen die momenteel op de markt zijn.
Deze innovatie van Harvard is meer dan alleen een academische prestatie; het betekent een grote sprong voorwaarts in de batterijtechnologie. Met zijn verbeterde capaciteit, veiligheid en efficiëntie heeft de lithium-metaalbatterij, ontwikkeld door Li en zijn team, het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de opslag en het gebruik van energie, vooral in elektrische voertuigen, en markeert daarmee een belangrijke mijlpaal in onze reis naar een duurzamer en energiezuiniger systeem. toekomst.
Posttijd: 12 januari 2024
