Een grafeenanode met klontjes silicium verhoogt de capaciteit van een lithium-ionbatterij met een factor 10, terwijl hij ook nog eens 10 keer sneller is op te laden. Dat meldt Harold Kung (Northwestern University) in het tijdschrift Advanced Energy Materials.

De hogere capaciteit is te danken aan het silicium. Normaal gesproken bestaat zo’n anode alleen maar uit grafeenlaagjes. Anders gezegd: uit grafiet. Dan kun je ongeveer één lithiumkern op 6 koolstofkernen bergen. Bekend was al dat je met silicium veel verder kunt gaan: in theorie 4 Li-ionen op één siliciumkern. Maar daarbij treedt een dusdanige volumeverandering op dat zo’n anode zichzelf binnen korte tijd uit elkaar wrikt.

Door kleine stukjes silicium te sandwichen tussen relatief flexibele grafeenlaagjes, kun je volgens Kung deze volumeveranderingen probleemloos opvangen.

Wat de oplaadsnelheid betreft: die wordt vooral beperkt door de tijd die het de ionen kost om vanaf de zijkant van de anode tussen de grafeenlaagjes te dringen. Die tijd is dan weer sterk te verkorten door het grafeen te perforeren met gaatjes van 10 tot 20 nanometer. De Li-ionen kunnen er wel doorheen, de siliciumclusters niet. En omdat de oplaadcapaciteit vooral door dat silicium wordt bepaald, heeft die onder de gaten nauwelijks te lijden.

In het gebruik neemt de capaciteit wel een beetje af, maar na 150 cycli zit je volgens Kung nog steeds een factor 5 boven de huidige Li-ionbatterijen.

Hij gaat nu naar de kathode kijken.

bron: Northwestern