'Batterijdoorbraak' maakt telefoons met langere accuduur mogelijk

Wetenschappers ontwikkelen een lichte en kleine lithium vastestofbatterij, waarmee een smartphone drie dagen op één acculading zou kunnen doen.

De huidige lithium accu's bevatten vloeibaar elektrolyt. Bij het laden en ontladen bewegen ionen door het elektrolyt tussen de twee elektroden. Het vloeibare elektrolyt is echter zeer ontvlambaar en dat kan resulteren in het ontbranden van de accu, zoals destijds bij de Samsung Galaxy Note 7-smartphones.

Het vloeibaar elektrolyt vervangen door een vaste stof zou de lithium accu's niet alleen veel veiliger maken, maar het biedt ook mogelijkheden om een veel efficiëntere anode (minpool) in lithium accu's te maken. De huidige anodes zijn een mengsel van koper en grafiet en die vormen een forse bottleneck in de potentiële capaciteit van lithium accu's.

Zwellen en krimpen

Een anode van puur lithium zou die bottleneck doorbreken, maar in een accu met alleen maar vaste stoffen blijkt zo'n anode in de praktijk dat een enorme uitdaging. De anode van puur lithium zwelt op en krimpt bij op- en ontladen. Het vaste elektrolyt kan door het opzwellen breken en bij het krimpen verliest het contact met de anode.

MIT-onderzoekers lijken het probleem van de lithium vastestofbatterij te hebben opgelost. Ze hebben op nanoschaal een hele reeks buisjes in een constructie van een honingraat gemaakt. Dat maakten ze uit twee verschillende materialen die in contact met lithium absoluut chemisch stabiel zijn. De nanobuisjes zijn deels gevuld pure lithium kristallen, alsof je zoutkorreltjes in een rietje giet, maar ze niet helemaal vult. 

Lichter en compacter

Zodra de lithium kristallen uitzetten, drukken ze de buiswanden niet naar buiten maar gebruiken ze de extra loze ruimte in de buisjes om uit te zetten. De buitenkant van de anode vervormt daarom niet en kan in constant contact blijven met het vaste elektrolyt.

Dit systeem kan volgens de onderzoekers leiden tot anodes die slechts een kwart wegen van de huidige anodes in lithium accu's bij eenzelfde capaciteit. Wordt dat gecombineerd met nieuwe concepten van lichtgewicht kathodes, dan zou dat aanzienlijk lichtere en compactere lithium accu's kunnen opleveren.

Het team van onderzoekers hoopt dat toekomstige smartphones bijvoorbeeld drie dagen op een acculading kunnen meegaan zonder dikke, zware accu's. Een dergelijke nieuwe kathode is ook al door het team ontwikkeld.

Goedkoper

Hoewel de eerste tests alleen in het lab plaatsvonden, zeggen de onderzoekers dat de kathode makkelijk is op te schalen. De prijs van deze kathodes zou een vijfde kunnen zijn van de huidige kathodes omdat het gebruikte materiaal zoveel goedkoper is.