Stanford-onderzoekers hebben een aluminium-ionaccu ontwikkeld die je 7.500 keer binnen één minuut kunt opladen, zonder enig brandgevaar. Het zou een ideaal alternatief voor de lithiumaccu’s in laptops en mobieltjes kunnen zijn, schrijven ze in Nature.

Het lijkt tevens de eerste aluminium-ionaccu te zijn die überhaupt bruikbaar is. Aluminium ligt als accu-materiaal voor de hand omdat elk atoom maar liefst drie elektronen kan afstaan, zodat je een relatief hoge opslagcapaciteit per kilogram accu mag verwachten. Het metaal is nog spotgoedkoop ook. Maar dertig jaar onderzoek heeft nooit een praktische uitvoering opgeleverd die op kon concurreren tegen andere accutypes.

Hongjie Dai en collega’s zoeken de oplossing nu in een ionische vloeistof als elektrolyt, en een kathode die bestaat uit grafietschuim. Het aluminium beweegt zich voornamelijk door het systeem in de vorm van AlCl₄^--ionen, die klein genoeg zijn om tussen de koolstoflagen van het grafiet te kunnen dringen. Zitten ze eenmaal op hun plek, dan kun je er een elektron aan onttrekken, en dat is wat gebeurt als je de accu oplaadt.

Tijdens het ontladen gaan die elektronen terug en gaat AlCl₄^- naar de anode, die bestaat uit aluminiumfolie. Daarvan reageert dan telkens één atoom met zeven AlCl₄^--ionen, wat viermaal 4 Al₂Cl₇^- oplevert plus drie elektronen om je elektronica mee te voeden.

De ionische vloeistof bestaat uit een bij kamertemperatuur vloeibaar mengsel van aluminiumchloride (AlCl₃) en 1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride ([EMIm]Cl). Het is onbrandbaar en zowel AlCl₄^- als Al₂Cl₇^- kunnen zich er uitstekend in bewegen.

De clou zit in de opbouw van het grafietschuim, dat bestaat uit 100 micrometer dikke draadjes met relatief bredevloeistofkanalen er tussen. Dat geeft de ionen gelegenheid om heel snel naar binnen te diffunderen. De intercalatie tussen de grafietlagen blijkt ook heel snel te verlopen, en zo krijg je een kathode die je binnen een minuut kunt opladen zonder hem te beschadigen. Daarbij wordt een leverbaar vermogen van 3 kW/kg en een opslagcapaciteit van 40 Wh/kg beloofd.

In hoeverre het grafietschuimproductieproces zich leent voor massafabricage, blijft helaas onduidelijk.

bron: Nature, Stanford