De accu’s die we nu voor onze smartphones, laptops en elektrische auto’s gebruiken zijn niet bepaald vriendelijk voor het milieu. De benodigde rondstoffen zijn lastig te winnen en ook het recyclen staat nog in de kinderschoenen. Daarom zijn talloze onderzoekers bezig om betere accu’s te ontwikkelen. Lithium-zwavelaccu’s zouden een goed alternatief kunnen zijn.
Voordelen
Vergeleken met de conventionele lithium-ionaccu’s hebben ze namelijk een veel hogere energiedichtheid én ze bevatten geen kobalt. Lithium-zwavelaccu’s bieden een tot vier keer hogere energiedichtheid dan lithium-ionaccu’s. Dit betekent dat de actieradius van elektrische auto’s vele malen groter zou kunnen worden en/of de accu’s vele malen kleiner en lichter. Bovendien wordt bij de vervaardiging van deze accu’s geen kobalt gebruikt. Kobalt is schaars, wordt soms onder problematische omstandigheden geproduceerd en is ook kostbaar. Zwavel is daarentegen niet schaars of duur.
Laden
Alleen het laden van deze accu’s leidde tot nu toe steeds voor problemen. Een nieuwe ontwikkeling moet daar verandering in brengen. In de praktijk leidden praktische problemen ertoe dat de theoretisch mogelijke energiedichtheid niet kon worden bereikt. Bovendien kunnen de accu’s meestal maar een paar honderd keer worden opgeladen voordat ze klaar zijn voor gebruik. Dat komt onder meer doordat de lithium-anode elke keer dat ze worden ontladen, wordt verwijderd en pas weer wordt opgebouwd wanneer deze worden opgeladen. Ook treden er steeds chemische veranderingen op bij de kathode, die van zwavel en koolstof wordt gemaakt. Die wordt tijdens het ontladen vele malen groter. Dit verandert de interne structuur van de accu en veroorzaakt snel schade.
De race voor de nieuwe superaccu
In het vakblad “Science Advances” staat een artikel over een team onder leiding van Mahdokht Shaibani van de Monash University in Melbourne, Australië. Hierbij vertelt men over de voortgang van het ontwerp en de fabricage van nieuwe lithium-zwavelbatterijen. Het team bestaat ook uit wetenschappers van de Technische Universiteit Dresden en het eveneens in Dresden gevestigde Fraunhofer Instituut. Daar werden ook de eerste prototypes van de accu gemaakt.
Gebruik in proeffabrieken is al gepland voor dit jaar
De kern van de ontwikkeling is het gebruik van een specifiek organisch bindmiddel, een vorm van carboxymethylcellulose, in de accu. Deze stof zorgt er bij de kathode voor dat het volume van de accu niet verandert tijdens het laden en ontladen. Kleine bruggen tussen de moleculen zijn hiervoor verantwoordelijk. Ze zorgen ervoor dat de materialen van de kathode met elkaar verbonden blijven, zelfs als ze worden uitgebreid.
Wasmiddelproductie
Er werd hierbij duidelijk out-of-the-box gedacht. Er werd volgens de onderzoekers een productieproces uit de wasmiddelenproductie gebruikt om het bindmiddel de gewenste eigenschappen te geven. De nieuw ontwikkelde accu biedt volgens het artikel “aantrekkelijke prestatiekenmerken in combinatie met lage kosten, milieuvriendelijkheid, beschikbaarheid van materiaal en eenvoudige verwerking”. Het nieuwe elektrodeontwerp is “veelbelovend voor grootschalige praktische toepassingen”.
