Deze simpele truc maakt natrium-ionaccu’s een stuk krachtiger

Chinese onderzoekers hebben een manier gevonden om natrium-ionaccu’s flink te verbeteren. De energiedichtheid steeg met 15 procent na een simpele aanpassing.

Natrium-ionaccu’s zijn voor sommige toepassingen al langer een veelbelovend alternatief voor lithium-ionaccu’s. Natrium is namelijk overal te vinden en daardoor veel goedkoper dan lithium, dat op een beperkt aantal plaatsen te vinden is. Bovendien is de ontginning van lithium slecht voor het milieu. 

Toch hebben natrium-ionaccu’s het tot nu toe moeilijk gehad om echt door te breken. Ze slaan per kilo minder energie op en zijn daardoor zwaarder bij dezelfde capaciteit. Onderzoekers van de Tianjin University of Technology en Shanghai Jiao Tong University hebben nu een manier gevonden om dat verschil kleiner te maken.

Aanpassing aan de kathode

Het draait allemaal om de kathode, de positieve pool van de accu. Die bestaat uit een mengsel van nikkel, ijzer en mangaan. Tot nu toe hielden wetenschappers zich aan een vaste vuistregel: gebruik evenveel nikkel als mangaan. Dat leek logisch vanwege de chemische stabiliteit, maar had een nadeel. De ijzeratomen in het materiaal deden minder mee aan het opslaan en afgeven van energie dan theoretisch mogelijk is.

De onderzoekers besloten die regel los te laten en iets meer mangaan dan nikkel te gebruiken. Het gevolg: de ijzeratomen konden veel meer elektronen afgeven en opnemen tijdens het laden en ontladen. Een deel van het materiaal dat eerst nauwelijks meewerkte, werd nu actief ingezet.

Flinke verbetering

Die aanpassing levert een duidelijke winst op. De energiedichtheid in de kathode steeg van 518 naar 596 wattuur per kilogram, een verbetering van ongeveer 15 procent. Ook belangrijk: de accu blijft stabiel werken bij temperaturen tussen min 15 en 60 graden Celsius. Dat is belangrijk voor toepassingen buiten of in voertuigen.

De onderzoekers bouwden ook een volledige accu met hun nieuwe kathode en een anode van zogenoemd hard carbon, een koolstofmateriaal dat vaak wordt gebruikt in natrium-ionaccu’s. Na honderd laadcycli bleef nog bijna 84 procent van de oorspronkelijke capaciteit over. Dat is nog altijd veel minder dan lithium-ionaccu’s, maar desalniettemin een stap vooruit.

Concrete toepassingen: waar natrium-ion kansen biedt