Meng ijzer-, mangaan- of kobaltmonoxide met lithiumfluoride en je krijgt een geschikt kathodemateriaal voor lithium-ionaccu’s. Al is nog niet helemaal duidelijk hoe dat kan, schrijven Koreaanse onderzoekers in een zeldzaam goed getimede publicatie in Nature Energy.

Waarbij vooral bijzonder is dat lithiumionen met geen mogelijkheid het metaaloxide in kunnen diffunderen, terwijl dat voor eerdere Li-ion-kathodes altijd essentieel was.

De kathode wordt bereid door LiF- en metaaloxidekristallen samen fijn te malen in een kogelmolen. De uiteindelijke deeltjesdiameter bedraagt ongeveer 8 nm. Met een klein beetje kunststof als bindmiddel giet je er elektrodes van.

De elektrodereacties lijken zich vervolgens vooral op de grensvlakken tussen LiF en metaaloxide af te spelen. Bij het opladen komen Li⁺-ionen vrij en ter compensatie gaan de overgangsmetaalionen naar een hogere oxidatietoestand; de meeste proeven zijn gedaan met Mn²⁺, dat overgaat in Mn³⁺ of Mn⁴⁺.

Wat er dan verder met het metaaloxide gebeurt, is niet te achterhalen. Röntgendiffractiemetingen suggereren dat het van kristallijn overgaat in amorf, en ook onder de elektronenmicroscoop zie je dat het oppervlak verandert. Maar meer details hebben de Koreanen eigenlijk niet kunnen zien.

Ze hebben echter sterke aanwijzingen dat de F^--ionen een cruciale rol spelen en op de een of andere manier in het metaaloxide worden opgenomen. De grote vraag is hoe; mangaan, ijzer of kobalt lijken er elk een eigen mechanisme voor te hebben. IJzer is overigens de enige van de drie waarvan al eerder een oxyfluoride is gevonden.

Feit is wel dat je met de reactie kunt doorgaan tot 90% van de Li⁺ de elektrode heeft verlaten, en dat bij ontladen de ionen weer netjes terugkeren naar hun startpunt.

Of dit elektrodemateriaal echt praktisch bruikbaar is, blijft de vraag. Maar het bewijst in elk geval dat de materiaalkeuzemogelijkheden voor Li-ion-elektrodes nog lang niet zijn uitgeput.

bron: Nature Energy