Zand, zeezout en magnesium leveren samen een perfect anodemateriaal op voor Li-ionaccu’s. Het verlengt de levensduur misschien wel met een factor drie, claimen onderzoekers van de University of California (Riverside) in de Nature-uitgave Scientific Reports. Ze hebben al werkende knoopcelletjes gemaakt en werken aan grotere exemplaren.

Promovendus Zachary Favors zou op het idee zijn gekomen toen hij na een surfsessie uitrustte op het strand en zich ineens realiseerde op wat voor een berg silicium hij lag.

Het zand hoeft niet eens extreem zuiver te zijn, al moet het wel een hoog kwartsgehalte hebben. Eerst vermaal je het tot nanodeeltjes, die je zo veel mogelijk opzuivert. Vervolgens vermeng je ze met natriumchloride en magnesiumpoeder, en dat mengsel verhit je totdat de sterk exotherme redoxreactie tussen magnesium en siliciumoxide op gang komt.

Het natriumchloride reageert niet mee maar werkt als buffer: het absorbeert een deel van de reactiewarmte en houdt zo de temperatuur onder controle.

Het resultaat is een 3D-netwerk van aan elkaar gesinterde siliciumkorrels, met poriën vol magnesiumoxide. Dat laatste was je er uit met sterk zuur, waarna je een sponsachtig materiaal overhoudt.

Het idee om zulke nanosponzen te verwerken tot accu-anodes, in plaats van het nu gebruikelijke grafiet, zingt al langer rond. Op papier moet je zo een accu met een veel hogere capaciteit kunnen krijgen. Probleem is alleen dat het volume van een siliciumanode bij het opladen toeneemt met een factor drie, zodat het materiaal de neiging heeft zichzelf uit elkaar te werken. Een nanospons zou de volumewisselingen beter kunnen opvangen, zo luidt het idee.

Een tegelijk in Nature Communications verschenen publicatie van Pacific Northwest Laboratory lijkt dat laatste te bevestigen. Daar creëerden ze vergelijkbare nanosponzen door een blok silicium chemisch te etsen (een moeizaam procédé dat voor industrieel gebruik weinig toekomst lijkt te hebben) en volgden het laadproces onder de elektronenmicroscoop. Inderdaad zagen ze dat de volumeverandering voornamelijk de poriën vulde terwijl het totale volume van de spons nauwelijks toenam.

Het Riverside-recept (octrooi aangevraagd) zou wel eens het eerste kunnen zijn dat dit idee praktisch toepasbaar maakt. In elk geval lijkt het gemakkelijk opschaalbaar: dankzij het keukenzout hoef je geen warmte naar buiten af te voeren, zodat het reactorvolume niets zou moeten uitmaken.

Bovendien zijn alle ingrediënten overvloedig beschikbaar en spotgoedkoop.

bron: UC Riverside