Dat de huidige Li-Ion accu’s hun langste tijd hebben gehad, dat moge duidelijk zijn. Toch zullen we het nog een tijdje met deze accu’s – en met LFP-accu’s – moeten doen. De ‘solid-state’ en ‘grafeen’ accu’s laten nog even op zich wachten. Japanse wetenschappers introduceren nu een lithium-lucht accu.
De wetenschappers van een Japans technologiebedrijf en het Japanse Nationaal Instituut voor Materiaalwetenschappen verklaren dat deze lithium-luchtaccu een tweemaal zo hoge energiedichtheid heeft als de gebruikelijke lithium-ion accu’s, zoals hierboven afgebeeld. Dat zou de actieradius van elektrische auto’s dus aanzienlijk kunnen vergroten, of ervoor zorgen dat we met kleinere (lichtere, goedkopere) accu’s kunnen volstaan. De wetenschappers hebben het overigens over een minimaal twee keer zo hoge energiedichtheid, het verschil kan dus nog veel groter zijn.
“We hebben een energiedichtheid van wereldklasse bereikt met de lithium-lucht accu,” zei Shoichi Matsuda, senior onderzoeker aan het Nationaal Instituut voor Materiaalwetenschappen, “Dit is een grote stap in de richting van praktische toepassing.”
Energiedichtheid ligt vele malen hoger
De door de Japanners ontwikkelde lithium-lucht accu bestaat uit tien gestapelde cellen. De energiedichtheid hiervan bedraagt 500 wattuur (Wh/kg) per kilogram. De huidige lithium-ion accu’s hebben doorgaans een energiedichtheid van ongeveer 200 Wh/kg.
De nieuwe technologie is gebaseerd op de reductie van zuurstof in een gasdiffusie-elektrode. En dat heeft zijn voordelen. De energiedichtheid van lithium-lucht accu’s bedraagt namelijk 11.140 wattuur per kilogram zonder zuurstofmassa en 5.200 wattuur per kilogram met zuurstofmassa. Daarmee is de energiedichtheid vijf tot tien keer zo hoog dan die van een normale lithium-ion accu. Bovendien zijn ook lithium-lucht accu’s geschikt voor een groot aantal laad- en ontlaadcycli.
Hoewel de winning van lithium zijn nadelen heeft, is het ook zo dat lithium van alle metalen het hoogste elektrochemische potentieel heeft. Daarom hebben de wetenschappers toch weer dit omstreden materiaal als basis gebruikt. Lithium-lucht accu’s zijn overigens veiliger dan lithium-ion accu’s. Dit omdat ze – net als solid-state accu’s – minder vatbaar zijn voor de gevreesde dendrietvorming. Dit zijn kristallijne afzettingen die tijdens herhaaldelijk opladen op de anodes kunnen ontstaan die tot brand- en explosies kunnen leiden.
En dan nu de nadelen
Helaas kleven er ook nadelen aan lithium-lucht accu’s. Dit betreft de lage capaciteit van de kathoden. Ook zijn ze lastiger de recyclen. Dit vanwege het ‘passiveren’ en ‘blokkeren’ van de kathode, waardoor er lithiumverbindingen ontstaan die niet zomaar ongedaan kunnen worden gemaakt. Ook kunnen lithium-luchtaccu’s elektrolyt verliezen door verdamping. De zuurstofoplosbaarheid in de elektrolyt is namelijk laag en de oplosbaarheid in water hoog.
Het prototype van de accu heeft nu de beoogde levensduur bereikt, maar deze bestond uit slechts tien laad- en ontlaadcycli. Elk van deze duurde ongeveer 10 uur, en de gebruikte materialen zijn nog steeds vrij kostbaar. De voor het opladen benodigde energie is ook aanzienlijk hoger dan voor conventionele lithium-ion accu’s.
Er is dus nog genoeg werk aan de winkel. De onderzoekers schatten dat dit soort accu’s op zijn vroegst in het volgende decennium in de praktijk kunnen worden ingezet.
