Revolutionaire, betaalbare en groene toekomst: snelladende batterijen zonder anode onthuld door UChicago en UC San Diego

AmsterdamOnderzoekers aan de UChicago Pritzker Molecular Engineering en UC San Diego hebben een belangrijke vooruitgang geboekt in batterijtechnologie. Het team, onder leiding van Prof. Y. Shirley Meng, heeft de eerste anode-vrije natrium solid-state batterij ontwikkeld. Deze nieuwe batterij is milieuvriendelijker en goedkoper dan lithium-ion batterijen omdat natrium algemener en minder kostbaar is dan lithium. Bovendien laadt ze snel op en kan ze de kosten van elektrische voertuigen en opslagsystemen voor het elektriciteitsnet verlagen.

Traditionele lithium-ionbatterijen hebben diverse problemen:

Lithium is duur omdat het schaars is. De winning van lithium schaadt het milieu. Het merendeel van 's werelds lithiumreserves bevindt zich in slechts enkele gebieden.

Natrium is gangbaarder en milieuvriendelijker. Het kan gewonnen worden uit zeewater en uit soda-assenmijnen. Hierdoor is het geschikt voor grootschalig gebruik. De innovatie van het team lost bovendien problemen van traditionele batterijen op.

In een traditionele batterij bewegen ionen zich van een onderdeel genaamd de anode, via een vloeistof genaamd de elektrolyt, naar een ander onderdeel genaamd de kathode. Anodevrije batterijen elimineren de anode en slaan ionen direct op de stroomcollector op. Dit ontwerp kan de energiedichtheid verhogen en kosten verlagen, maar kent ook uitdagingen, zoals het waarborgen van een goede verbinding tussen de elektrolyt en de stroomcollector.

Lees ook:

Vandaag · 09:56

Doorbraak in orgaanacceptatie met nanotechnologie en immunotherapie

Vloeibare elektrolyten lossen contactproblemen op, maar kunnen een opbouw veroorzaken die de efficiëntie van de batterij na verloop van tijd vermindert. Solide elektrolyten vermijden deze opbouw, maar maken geen goed contact. Onderzoekers hebben dit probleem opgelost met een nieuwe stroomcollector gemaakt van aluminiumpoeder. Dit poeder wordt onder hoge druk stevig geperst, waardoor het van zacht naar vast overgaat. Hierdoor is er goed contact met de elektrolyt en wordt een efficiënte batterijcyclus gegarandeerd.

Het nieuwe batterijontwerp van het team bleek uitstekend te werken voor honderden toepassingen, wat veelbelovend is voor toekomstige energieopslag. Grayson Deysher, promovendus aan de UC San Diego en hoofdauteur van de studie in Nature Energy, benadrukte dat dit de eerste keer is dat natrium, solid-state en anode-vrije concepten succesvol zijn gecombineerd.

De nieuwe solid-state natriumbatterij is cruciaal voor de productie van meer batterijen. Het helpt ons overstappen van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie. Prof. Meng gaf aan dat er één terawattuur aan energie nodig is om de VS één uur van stroom te voorzien. Voor een toekomst met duurzame energie hebben we honderden terawattuur aan batterijen nodig. Deze nieuwe batterij speelt een sleutelrol in dat plan.

Onderzoekers Meng en Deysher hebben octrooi aangevraagd voor hun werk. Ze zien een toekomst voor zich met diverse schone en betaalbare batterijopties. Hun onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation via de Partnerships for Innovation-beurs. Deze ontwikkeling lijkt veelbelovend voor het creëren van meer duurzame en efficiënte energieopslag, wat zowel het milieu als de economie ten goede komt.