Klimaat & energie › Solid-state batterijen & energieopslag
Chinese batterij houdt energiedichtheid vast bij -40°C én levert felle stroomstoten
Chinese onderzoekers hebben een lithium-metaalbatterij ontwikkeld die twee eigenschappen combineert die normaal moeilijk samengaan: een zeer hoge energiedichtheid en de mogelijkheid om in korte tijd veel stroom te leveren. Zelfs bij -40 graden Celsius blijft de accu goed presteren, wat hem geschikt maakt voor drones, ruimtevaart en reddingsapparatuur die lang stil kunnen liggen voordat ze plotseling vol vermogen moeten leveren.
Een team van het Dalian Institute of Chemical Physics, onderdeel van de Chinese Academy of Sciences, heeft een nieuwe lithium-metaalbatterij ontwikkeld die opvalt door een ongewone combinatie van eigenschappen. De accu slaat extreem veel energie op per kilo gewicht, kan die energie in korte, krachtige stoten afgeven, en blijft ook bij extreme kou betrouwbaar werken. Volgens Chinese媒ia zoals Science and Technology Daily en Global Times bereikte de batterij in laboratoriumtests een energiedichtheid van meer dan 750 wattuur per kilogram bij langzame ontlading.
Twee eigenschappen die normaal botsen
Batterijontwikkelaars moeten meestal kiezen. Een accu die heel veel energie kan opslaan, geeft die energie doorgaans langzaam af. Batterijen die juist snel veel stroom leveren, hebben vaak een lagere energiedichtheid. Het Chinese onderzoeksteam claimt die spagaat te hebben doorbroken met een nieuwe kathode gebaseerd op een hoge-entropie-oxide, een materiaal opgebouwd uit meerdere metaaloxiden tegelijk. Die samenstelling zou de batterij in staat stellen om zowel veel energie vast te houden als die snel vrij te geven.
De onderzoekers bouwden een testcel van 25 ampère-uur in een pouchvormige behuizing, een platte, flexibele verpakking die vaker wordt gebruikt bij lichtgewicht batterijen. Testen door het veiligheidslab van het China Electronics Standardization Institute lieten zien dat de ontlaadsnelheid tot honderd keer kon worden opgevoerd, met pieken tot 10C. Dat wil zeggen dat de batterij zijn volledige opgeslagen energie in theorie binnen zes minuten kan afgeven. Bij kamertemperatuur haalde de cel een specifiek vermogen van 4.487 watt per kilogram.
Ook bruikbaar in extreme kou
Wat de batterij extra interessant maakt, is zijn gedrag bij lage temperaturen. Bij -40 graden Celsius, een temperatuur waarbij veel batterijen nauwelijks nog functioneren, hield de accu nog altijd een energiedichtheid van 447 wattuur per kilogram over. De jaarlijkse zelfontlading bleef bovendien onder de 1 procent, wat betekent dat de batterij maandenlang stil kan liggen zonder noemenswaardig vermogen te verliezen.
Dat maakt de technologie interessant voor zogeheten primaire cellen: batterijen die niet bedoeld zijn om op te laden, maar die één keer hun volledige lading moeten afgeven wanneer dat nodig is. Denk aan sensoren in afgelegen gebied, reddingsapparatuur, drones en robots die weken of maanden stand-by staan, of onderdelen in ruimtevaartuigen waar opladen simpelweg niet mogelijk is. Ook toepassingen in bosbrandbewaking en noodhulp worden genoemd als potentiële markt.
Het onderzoeksteam heeft inmiddels een proeflijn opgezet met een jaarlijkse productiecapaciteit van tien ton kathodemateriaal, een eerste stap tussen laboratoriumontwikkeling en grootschalige productie. De batterij heeft externe tests doorstaan en wordt nu verder gevalideerd voor gebruik in drones, robots, ruimtevaartsimulaties en sensornetwerken in het veld. Of de technologie ook op grotere schaal commercieel haalbaar is, moet nog blijken.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Een batterij die veel energie combineert met snelle stroomafgifte en betrouwbaarheid in extreme kou, kan apparatuur in afgelegen of barre omstandigheden langer inzetbaar maken zonder onderhoud. Dat is vooral relevant voor toepassingen waar opladen of batterijvervanging lastig is, zoals ruimtevaart, defensie, noodhulp en langdurig uitgezette sensoren.
- Lithium-metaalbatterij
- Een type batterij dat puur lithiummetaal als negatieve elektrode gebruikt in plaats van grafiet, wat een hogere energiedichtheid mogelijk maakt dan gangbare lithium-ionbatterijen.
- Energiedichtheid
- De hoeveelheid energie die een batterij per kilogram gewicht kan opslaan, uitgedrukt in wattuur per kilogram (Wh/kg).
- Ampère-uur
- Een maat voor de capaciteit van een batterij: hoeveel stroom de accu gedurende een uur kan leveren.
- Primaire cellen
- Batterijen die bedoeld zijn voor eenmalig gebruik en niet worden opgeladen, in tegenstelling tot herlaadbare accu's.
- Hoge-entropie-oxide
- Een materiaal opgebouwd uit meerdere verschillende metaaloxiden in ongeveer gelijke verhoudingen, wat kan zorgen voor bijzondere combinaties van eigenschappen zoals stabiliteit en energieopslag.
- Zelfontlading
- Het geleidelijke, ongewenste verlies van opgeslagen energie in een batterij terwijl deze niet wordt gebruikt.
- Pouchcel
- Een batterijvormfactor met een platte, flexibele verpakking van foliemateriaal, vaak gebruikt waar gewicht en ruimte belangrijk zijn.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
