Door onderzoek met neutronen hebben wetenschappers van de TU Delft meer licht geworpen op de werking van de veelgebruikte oplaadbare Li-ion batterijen. Ze hebben een manier gevonden om de batterijen efficiënter te maken.
Door de nieuwe inzichten in het precieze gedrag van de lithium-ionen in de batterijen, zijn die nu efficiënter aan te maken en zijn ze sneller op te laden, zo heeft de Nederlandse onderzoeksinstelling vrijdag gemeld, in een verwijzing naar publicatie in het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Energy Materials.
Marnix Wagemaker van het Reactor Instituut Delft (RID) van de TU Delft richtte zich op de veelgebruikte oplaadbare Li-ion batterijen. “Het probleem was altijd dat lithium-ionen met conventionele technieken niet goed in beeld zijn te brengen. Er was dus relatief weinig kennis over welke factoren er nu precies een rol spelen rond het laden en ontladen van de batterijen, en hoe je dat proces eventueel sneller en efficiënter zou kunnen maken. Wij denken daar nu verandering in te hebben gebracht door als eersten bij een gewone batterij Neutron Depth Profiling (NDP) toe te passen om de ionen(bewegingen) in kaart te brengen”, zegt hij in een persbericht van de TU Delft.
Delftse onderzoeksreactor
“We gebruiken hiervoor neutronen die worden geleverd door de Delftse onderzoeksreactor. Als een afschoten neutron opgevangen wordt door een Li-ion, splitst dit in een tritiumkern en een heliumkern. Die twee deeltjes kunnen we vervolgens detecteren waaruit we kunnen afleiden hoe de Li-ionen zich bewegen in de batterij. Dit geeft unieke inzichten in hoe Li-ionen bewegen in de batterij onder realistische (laad)omstandigheden. We waren vooral geïnteresseerd in de interne weerstand in de batterij, die bepaalt hoe langzaam en efficiënt het opladen en ontladen verloopt”, aldus Wagemaker.
“Afhankelijk van de laadsnelheid, blijken verschillende processen in de batterij bepalend te zijn voor die interne weerstand. Het blijkt verder dat er in principe drie methodes zijn waarmee je de interne weerstand positief kunt beïnvloeden en de batterij dus efficiënter kunt maken. Deze drie methodes, die vrij eenvoudig zijn uit te voeren, zijn het aanpassen van de deeltjesgrootte van de elektrode, het aanpassen van het Li-ion geleidingsvermogen van de elektrode en de elektronische geleidbaarheid van de elektrode”, vervolgt hij.
Kant-en-klaar recept
Het onderzoek heeft dus voor het eerst in kaart gebracht welke eigenschappen de batterij het beste kan hebben voor een bepaalde toepassing. Als men in een bepaalde toepassing bijvoorbeeld snel wil kunnen laden, dient de batterij anders gebouwd dan wanneer die laadsnelheid minder belangrijk is.
De nieuwe inzichten zijn vrij direct toepasbaar in de praktijk, denkt Wagemaker. “Eigenlijk is het een kant-en-klaar recept voor de producenten van batterijen om hun product te verbeteren. Ook al zou dat maar een paar procent verbetering betekenen, dan levert dit wereldwijd gezien toch al een enorme efficiency-winst op.” (Belga/NS)
