Onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben een harde afslag genomen van de standaardbeperkingen voor lithium-ionen. Ze creëerden een nieuw membraan met gerecycled Kevlar. Het doel? Om het potentieel van lithium-zwavelbatterijen te ontsluiten. Dit zijn niet alleen maar stapsgewijze verbeteringen. Dankzij de nieuwe opstelling kunnen deze batterijen meer dan 1.000 cycli werken zonder prestatieverlies. Dat is ongeveer tien jaar gebruik voor een gemiddelde bestuurder van een elektrische auto.
En de betrokken Kevlar is van hetzelfde type als in kogelvrije vesten.
Dit is niet alleen recycling uit duurzaamheidsoverwegingen. Het is een structurele doorbraak. Jarenlang vermoedden wetenschappers dat lithium-zwavelcellen de heilige graal waren voor de energiedichtheid. Het probleem is altijd de duurzaamheid geweest. Deze batterijen hebben de neiging jong te sterven. Het nieuwe membraan verandert die vergelijking volledig. Het kan ook extreme temperaturen aan. In de echte wereld betekent dat betrouwbaarheid als het ijskoud of gloeiend heet wordt.
Waarom zwavel het kobalt verslaat op papier
De verschuiving naar lithium-zwavel is niet willekeurig. Het wordt gedreven door de realiteit van de toeleveringsketen. Lithium-ionbatterijen zijn sterk afhankelijk van kobalt. Kobalt is duur. Het is schaars. En de mijnbouw gaat gepaard met aanzienlijke ethische en ecologische bagage.
Zwavel is anders. Het is overvloedig. Het is goedkoop. Het is een bijproduct van de raffinage van aardolie. Het gebruik ervan creëert geen nieuwe mining-afhankelijkheden. Maar zwavel heeft een geschiedenis van het veroorzaken van instabiliteit in de batterijchemie. Het lost op in de elektrolyt, waardoor de batterij snel kapot gaat.
Het team van de Universiteit van Michigan heeft dit opgelost met aramide nanovezels. Ze namen gerecyclede Kevlar en sponnen het tot een nanovezelnetwerk. Dit netwerk fungeert als een barrière. Het voorkomt dat de zwavel chaos in de cel veroorzaakt. Het resultaat is een batterij die zijn capaciteit en veerkracht behoudt. Het offert de veiligheid niet op voor een lange levensduur.
De technologie werkt ook op lithium-ioncellen. Maar de onderzoekers concentreren zich op lithium-zwavel. Op papier zijn die specificaties superieur. Hogere energiedichtheid. Langere potentiële levensduur. Lagere materiaalkosten.
Een levensduur van tien jaar
Duizend oplaadcycli. Dat is de maatstaf die het nieuwe membraan bereikt. De meeste huidige EV-batterijen gaan minder cycli mee voordat er aanzienlijk capaciteitsverlies optreedt. Als u dagelijks in een elektrische auto rijdt en deze één keer per dag oplaadt, moet u ongeveer drie jaar in bezit hebben voordat de verslechtering van de batterij merkbaar wordt. Deze nieuwe technologie verschuift die tijdlijn naar tien jaar.
Het is een enorme verschuiving in het eigendomsmodel. U leaset de levensduur van de batterij niet meer. Jij bezit het.
De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications. Het team heeft ook een patent op de ontdekking verkregen. Hierdoor verandert het van een laboratoriumnieuwsgierigheid naar een commercieel levensvatbaar product. We hebben het niet over een prototype dat in een la zit. We hebben het over een vervaardigd onderdeel.
De implicatie in de echte wereld
De huidige lithium-ionbatterijen zijn goed. Ze zijn betrouwbaar. Ze werken. Maar ze stuiten op fysieke grenzen in de energiedichtheid. We kunnen niet zomaar meer lithium toevoegen zonder dat we te maken krijgen met thermische risico’s of gewichtsboetes.
Lithiumzwavel biedt een uitweg. Er wordt meer energie per kilogram opgeslagen. Dat betekent lichtere auto’s. Groter bereik. De enige hindernis was het cyclusleven. Het gerecyclede Kevlar-membraan neemt die hindernis weg.
Er is nog werk aan de winkel
