Sneller opladen blijkt voor van Li-ion batterijen niet slechter, maar juist beter te zijn. Dat is een van de verrassende uitkomsten van röntgen-microscopische waarnemening door onderzoekers van de Nederlandse Teschnische Universiteit in Delft.
Dit inzicht kan, net als andere door hun onderzoek opgedane kennis, mogelijk de basis leggen voor een nieuwe generatie van superieure Li-ion-batterijen.
De elektrodes in Li-ion batterijen bestaan uit honderdduizenden deeltjes elektrodemateriaal, veelal kleiner dan 1 micrometer, die in staat zijn grote aantallen Li-ionen te bergen. Maar door het opnemen van deze Li-ionen verandert de structuur van deze submicron deeltjes elektrodemateriaal.
De manier waarop die structuurverandering optreedt, beïnvloedt belangrijke eigenschappen van batterijen: hoe snel ze opladen, in welke mate ze zijn op te laden en hoe vaak. Maar hoe die veranderingen optreden, op het niveau van individuele submicron deeltjes in echte, werkende batterijen, was tot dus verre niet goed vast te stellen.
Synchrotron Röntgenstraling
De onderzoekers het Reactor Instituut Delft (RID) zijn er in geslaagd om de fase-transitie van individuele elektrode-deeltjes waar te nemen terwijl de batterij in werking was. Dit lukte met behulp van een zeer kleine bundel röntgenstraling (ongeveer 200 nanometer), geleverd door de grootste synchrotron in Europa (ESRF in Grenoble). Een van de opmerkelijkste bevindingen daarbij is dat de structuurveranderingen geleidelijker en gemakkelijker verlopen tijdens zeer snel opladen dan tijdens langzaam opladen. Dit impliceert dat de elektrode-materialen beter zullen presteren en meer oplaadcyli zullen doorstaan als ze sneller worden opgeladen. Ook werd duidelijk dat bij opladen veel meer deeltjes actief zijn dan werd aangenomen; dat maakt de kans op schadelijke lokale ‘hotspots’ lager.
Enorme efficiency-winst
De nieuwe inzichten zijn vrij direct praktisch toepasbaar, denken de onderzoekers. ‘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.’
Bron: Automatiseringgids
