Asahi Kasei vindt goedkopere manier om siliciumbatterijen krachtiger te maken

Batterijen moeten steeds meer energie leveren in hetzelfde formaat. Elektrische auto's moeten verder rijden, en de opkomst van humanoïde robots vraagt om lichte accu's met veel vermogen. Fabrikanten proberen dit te bereiken door in de anode — de negatieve elektrode van de batterij — een deel van het grafiet te vervangen door silicium. Silicium kan veel meer lithium opnemen dan grafiet, wat de energiedichtheid flink verhoogt.

Dat voordeel heeft een keerzijde. Bij de allereerste keer opladen verliest een siliciumrijke anode blijvend een deel van zijn capaciteit, omdat lithium-ionen onomkeerbaar vastraken in het materiaal. Fabrikanten compenseren dit tot nu toe door extra kathodemateriaal toe te voegen. Dat werkt, maar maakt de batterij zwaarder, duurder en uiteindelijk minder efficiënt.

Goedkoop zout als lithiumbron

Asahi Kasei zocht naar een alternatief en kwam uit bij lithiumcarbonaat, een relatief goedkope grondstof die al jarenlang wordt gebruikt in de batterij-industrie. Het probleem is dat lithiumcarbonaat pas uiteenvalt bij een spanning die ver boven het normale werkbereik van een lithium-ionbatterij ligt. Daardoor was het material tot nu toe niet bruikbaar als extra lithiumbron tijdens het opladen.

Het bedrijf loste dit op met speciale toevoegingen in de elektrolyt, de geleidende vloeistof in de batterij. Die additieven zorgen ervoor dat lithiumcarbonaat al bij normale celspanning uiteenvalt. Het zout wordt aan de kathode toegevoegd en fungeert als opofferbare lithiumbron: tijdens de eerste oplaadbeurt levert het extra lithium, precies genoeg om het verlies in de siliciumanode te compenseren. Omdat lithiumcarbonaat goedkoop is, stijgt de energiedichtheid zonder dat de kosten toenemen.

Tien procent meer energie, weinig aanpassingen nodig

In interne tests met een cel op basis van nikkel-mangaan-kobalt (NMC) en een anode van 90 procent grafiet en 10 procent siliciumoxide (SiO) mat Asahi Kasei een toename in energiedichtheid van 10 procent. Daarnaast zou de techniek de levensduur van de batterij verbeteren tegen lagere kosten per opgeslagen wattuur. Belangrijk voor fabrikanten: de methode is toepasbaar zonder ingrijpende aanpassingen aan bestaande productielijnen, en zou breed inzetbaar zijn voor uiteenlopende combinaties van kathode- en anodematerialen.

Licenties in plaats van eigen productie

Asahi Kasei gaat de technologie niet zelf op grote schaal produceren, maar in licentie geven aan batterijfabrikanten wereldwijd. Klanten kunnen via proof-of-concept-trajecten stapsgewijs testen of de techniek in hun eigen productieproces past. Dit past in de bredere strategie van het bedrijf, dat via zijn Technology-value Business Creation-programma inkomsten wil halen uit patenten en kennis. Asahi Kasei mikt op minstens tien nieuwe licentieovereenkomsten tussen 2025 en 2027, met een cumulatieve winstbijdrage van tien miljard yen (ruim 60 miljoen euro) rond 2030.