In het kort:
- Wetenschappers van de Universiteit Twente hebben in samenwerking met collega’s uit Duitsland en China een oplossing bedacht voor het sneller opladen van een accu
- Dankzij een nieuw ontwikkeld materiaal kan het opladen van een accu tien keer zo snel
Global Goal
Door de pool waar stroom de lithium-ion accu’s binnenstroomt (de anode) te maken van een compleet nieuw materiaal (nikkelniobaat) wordt die fors hogere laadsnelheid bereikt. Dit concluderen onderzoekers van het MESA+ instituut van de Universiteit Twente. Het duurt nu nog een paar uur tot minimaal achttien minuten voordat een accu van een personenauto is opgeladen. De lange laadtijd is één van de grote ergernissen van bezitters van elektrische auto's. Vaak levert de accu ook nog eens aan kwaliteit in als deze afwisselend snel en langzaam wordt geladen.
Het snelladen kan straks mogelijk zonder het risico dat het anodemateriaal schade oploopt en de accu kapotgaat of minder lang mee gaat. Voordeel van nikkelniobaat is ook nog eens dat de fabricage niet al te complex is.
Gaat het over beter presterende accu's, voor elektrisch rijden of als buffer in het elektriciteitsnet, dan gaat het vaak over sneller op- en ontladen, maar ook over een hogere energiedichtheid die leidt tot compactere en lichtere accu's. Vaak moeten er ergens concessies worden gedaan. Dit dilemma is bijvoorbeeld te zien aan de steeds hogere snelheden bij laadstations aan de snelweg, die voor lang niet alle accu’s geschikt zijn. Wereldwijd is er een zoektocht naar nieuwe materialen. Daarbij telt ook dat de productie van een accu nog een stuk duurzamer moet. Het nieuwe materiaal nikkelniobaat blijkt heel aantrekkelijke eigenschappen te hebben en komt ook na vele keren ultrasnel laden gewoon weer terug op het oude niveau. Dit heeft onder meer te maken met de aantrekkelijke ‘open’ en regelmatige kristalstructuur: de kanaaltjes voor ladingtransport zijn identiek. Zo concludeerden de onderzoekers.
Dat betekent dat het voordelen heeft ten opzichte van grafiet, het materiaal dat normaal gesproken gebruikt wordt voor die anodes. Ook dat is een ‘open’ materiaal, en eenvoudig te maken. Maar na een aantal keren te snel opgeladen, komt het niet meer terug op het oude niveau of gaat het zelfs kapot. In de zoektocht naar alternatieven wordt bijvoorbeeld, ook door de UT, gekeken naar nano-gestructureerde materialen. Een nadeel daarvan kan zijn dat die kanalen hebben die ongelijk van grootte zijn. Dit kan ook afzetting van lithium geven, met een teruggang in prestaties tot gevolg. Bovendien is het productieproces complex. Voor nikkelniobaat is geen complexe nanofabricage nodig.
De snelheidsprestaties gaan echter wel ten koste van het gewicht, maar het is compacter dan grafiet en heeft dus een hogere ‘volumetrische’ energiedichtheid. In de huidige vorm is het type accu vooral gericht als onderdeel in het energienetwerk of als energiebron voor bijvoorbeeld vrachtauto’s. Toepassingen waarbij de laadsnelheid telt, maar ook de ontlaadsnelheid: snel heel veel stroom leveren en ook snel weer terug op niveau. Volgens onderzoeksleider professor Mark Huijben is het ook een interessante optie om, met de nieuwe anode, te kijken naar een alternatief voor lithium, zoals natrium. Hij verwacht dat het goed te combineren is met nikkelniobaat.
Het onderzoek is uitgevoerd in het Twente Centre for Advanced Battery Technology (MESA+ Instituut) van de UT, in samenwerking met de Wuhan University of Technology in China en Forschungszentrum Jülich in Duitsland.
Datum: 30 november 2021 |
Bron tekst: Jochem Vreeman |
