Chinese onderzoekers hebben een nieuw lithiumbatterijonderdeel ontwikkeld dat belooft de actieradius van elektrische voertuigen (EV’s) dramatisch uit te breiden – mogelijk zelfs te verdubbelen zonder de batterijgrootte of het gewicht te vergroten. Deze doorbraak pakt de belangrijkste beperkingen van de huidige lithium-iontechnologie aan, waaronder energiedichtheid en prestaties in koude klimaten.
Het probleem met bestaande lithiumbatterijen
Traditionele lithiumbatterijen zijn afhankelijk van het oplossen van lithiumzouten in oplosmiddelen om ionenbeweging mogelijk te maken en elektriciteit op te wekken. Deze oplosmiddelen vereisen echter grote volumes, wat miniaturisatie belemmert, en presteren vaak ondermaats bij temperaturen onder het vriespunt. Bestaande systemen voor vloeibare elektrolyten hebben moeite om de ~350 wattuur per kilogram (Wh/kg) te overschrijden, waardoor veel fabrikanten in de richting van complexere solid-state alternatieven worden geduwd.
De nieuwe doorbraak: gefluoreerde koolwaterstofoplosmiddelen
Het onderzoeksteam van de Nankai Universiteit heeft een ‘gefluoreerde koolwaterstof’-oplosmiddel geïntroduceerd. Dit oplosmiddel verbetert de oplossing van lithiumzout, waardoor de benodigde hoeveelheid elektrolyt aanzienlijk wordt verminderd en de efficiëntie wordt verhoogd. In tegenstelling tot conventionele lithium-zuurstofinteracties maakt dit systeem een snellere ionenafgifte en ladingsoverdracht mogelijk, twee processen die doorgaans tegengesteld zijn aan elkaar.
“De zwakkere aantrekkingskracht van fluor op lithium helpt dit op te lossen”, legt professor Zhao Qing van de Nankai Universiteit uit.
Dit nieuwe elektrolytsysteem bereikt een energiedichtheid van meer dan 700 Wh/kg bij kamertemperatuur en bijna 400 Wh/kg bij -50°C. Deze prestaties zijn vergelijkbaar met die van vastestofbatterijen, terwijl de voordelen van vloeibare elektrolyten (lagere kosten, eenvoudiger productie) behouden blijven.
Gevolgen voor elektrische voertuigen en meer
De implicaties zijn aanzienlijk: EV’s die momenteel 500 km kunnen afleggen met één oplaadbeurt, zouden met deze nieuwe batterijtechnologie theoretisch meer dan 1.000 km kunnen rijden. De onderzoekers zijn van mening dat de innovatie niet alleen het bereik zal vergroten, maar ook de bruikbaarheid zal verbeteren in koude gebieden waar de prestaties van de batterij vaak achteruitgaan.
Bovendien duidt de consistente werking van de batterij bij extreme temperaturen op mogelijke toepassingen in drones en voertuigen op grote hoogte. De ontwikkeling vertegenwoordigt een substantiële sprong voorwaarts in de energieopslagtechnologie, waardoor de kloof tussen de prestaties van vloeibare en vaste-stofbatterijen wordt verkleind.
De verbeterde efficiëntie van dit systeem zou de adoptie van elektrische voertuigen kunnen versnellen door de angst voor bereik aan te pakken en de prestaties in de echte wereld te verbeteren, vooral in uitdagende klimaten.
