Bedek de anode van een lithium-ionbatterij met een woud van silicium-aluminiumijsjes in nanohoorntjes van koolstof, en je kunt 50 keer sneller op- en ontladen zonder dat de boel kapot gaat. Dat claimen onderzoekers van Rensselaer Polytechnic Institute (VS) in Nano Letters.

Dat kapotgaan wordt veroorzaakt doordat de anode van een Li-ionbatterij tijdens het gebruik telkens opzwelt en weer krimpt. Bij deze batterijen gaan de Li-ionen immers heen en weer tussen kathode en anode: bij het opladen trekken ze de anode in, bij het ontladen gaan ze er weer uit.

Die processen moeten dus langzaam verlopen om te voorkómen dat de anode te snel van volume wil veranderen en aan de mechanische spanningen bezwijkt. Voor een laptop betekent dat een tamelijk lange oplaadtijd. Voor een elektrische auto betekent het dat hij optrekt als een natte krant tenzij je een tweede spanningsbron (bijvoorbeeld een supercondensator) installeert die gedurende korte tijd wat extra vermogen kan leveren.

Nikhil Koratkar en collega’s hebben nu een anode bedacht die deze volumewisselingen beter kan volgen. Hun ‘nanoscoops’ bestaan uit drie materialen die allemaal anders op lithium reageren. Silicium is het ideale anodemateriaal: het kan zeer veel Li-ionen opnemen en neemt dan 280 procent in volume toe. Koolstof neemt veel minder op en zet slechts 10 procent uit. Aluminium zit er met 94 procent uitzetting ergens tussenin.

Dus gebruiken de Amerikanen silicium bolletjes om de ionen op te nemen, en koolstof kegeltjes om die bolletjes aan de ondergrond te bevestigen. Het aluminium zit er daadwerkelijk tussenin en vangt het verschil in uitzetting tussen beide andere materialen enigszins op.

De onderzoekers hebben het prototype onderworpen aan op- en ontladingscycli die 40 tot 60 keer sneller verliepen dan bij een gewone Li-ionbatterij. Na 100 cycli deed hij het nog steeds.

Bron: Rensselaer