Nieuwe lithium-zwavel accu’s behouden capaciteit gedurende ruim 200 laad- en ontlaadcycli

Een nieuwe productiemethode kan de commercialisatie van lithium-zwavel accu’s dichterbij brengen. Dankzij de methode zijn lithium-zwavel accu’s in staat hun capaciteit vast te houden gedurende ruim 200 laad- en ontlaadcycli, waarmee één van de belangrijkste obstakels voor het gebruik van de accu’s is verdwenen.

De methode is ontwikkeld door NanoBio Lab (NBL) van het Singaporese Agency for Science, Technology and Research (A*STAR). Lithium-ion accu’s worden op dit moment op grote schaal gebruikt om moderne apparatuur aan te drijven. Denk hierbij onder meer aan laptops en mobiele telefoons. De technologie heeft echter een beperkte opslagcapaciteit en kent daarnaast door zijn elektrochemische instabiliteit risico’s. 

Lithium-zwavel accu’s

Lithium-zwavel accu’s zijn een alternatief voor lithium-ion accu’s. Onder meer de hogere opslagcapaciteit, lage productiekosten en beschikbaarheid van noodzakelijke materialen maken lithium-zwavel accu’s interessant. Zo zijn de accu’s in theorie in staat tot tien keer meer energie op te slaan dan lithium-ion accu’s; waar een lithium-ion kathode een energieopslagcapaciteit van 140 mAh/g heeft, is dit bij een zwavel-ion kathode van NBL 1.220 mAh/g. 

Tegelijkertijd kennen ook deze accu’s echter hun beperkingen. Zo waren lithium-zwavel accu’s tot nu toe niet in staat hun capaciteit te behouden gedurende herhaaldelijke laad- en ontlaadcycli. Dit heeft te maken met de opbouw van een lithium-zwavel kathodes, waarbij gebruik wordt gemaakt van een koolstof ‘host’. Deze host bezwijkt gedurende de initiële laad- en ontlaadcyclus, waardoor een structurele verandering optreedt in de kathode. Conventionele kathodes krijgen hierdoor een hoge dichtheid en zijn compact met een kleiner oppervlak en kleinere poriën. De prestaties van de accu lopen hierdoor terug.

Capaciteit langer behouden

De lithium-zwavel kathodes die NBL heeft ontwikkeld zijn in staat hun capaciteit wel gedurende een langere periode te behouden. Dit is mogelijk dankzij de productiemethode die het Singaporese bedrijf hanteert. Naar verluid bieden de kathodes van NBL een 48% hogere capaciteit dan conventionele lithium-zwavel kathodes. Ook verliezen zij gedurende laad- en ontlaadcycli 26% minder capaciteit dan hun conventionele tegenhangers. 

“We bevinden ons op een kantelpunt in energieonderzoek. Het wordt steeds moeilijker voor huidige batterijtechnologieën om de stijgende vraag naar energieopslag bij te benen. Van draagbare elektronica tot elektrische voertuigen en energienetwerken, innovatieve energieopslagoplossingen zijn vereist om te voldoen aan de behoeften die ontstaan door de toenemende elektrificering en de visie voor duurzame energie te realiseren”, schrijft NBL op haar website. “In ons lab ontwikkelen we nanocomposieten met gestuurde poreusheid en architectuur om de prestaties van batterijen te verbeteren. In het specifiek werken we aan lithium-ion, lithium-zwavel en solid-state batterijtechnologieën.” 

Auteur: Wouter Hoeffnagel