Wetenschappers van de Hanyang Universiteit in Seoul hebben een nieuwe manier ontwikkeld om de prestaties en duurzaamheid van batterijen die in verschillende elektronische apparaten en voertuigen worden gebruikt, te verbeteren. Hun techniek bestaat uit het wassen en coaten van de batterijkathodes met een speciale oplossing.
Batterijen zijn nodig om veel moderne gadgets en machines van stroom te voorzien, van smartphones en laptops tot elektrische auto's en robots. Een van de belangrijkste uitdagingen waarmee batterijontwikkelaars worden geconfronteerd, is echter het vergroten van de energiedichtheid en duurzaamheid van batterijcellen, vooral die welke materialen met een hoog nikkelgehalte (Ni) als kathode gebruiken.
Kathodes met een hoog nikkelgehalte hebben veel voordelen, zoals een hoge capaciteit en lage kosten. Ze hebben echter ook een aanzienlijk nadeel: de neiging tot snelle afbraak vanwege hun hoge reactiviteit op interactie met de omgeving. Dit leidt tot de vorming van ongewenste lithiumverbindingen op het oppervlak van de kathode en schadelijke nevenreacties met de elektrolyt - de vloeistof die de elektrische lading in de batterij transporteert.
Om dit probleem te ondervangen hebben wetenschappers een eenvoudige maar effectieve oplossing ontwikkeld: het wassen van de kathodes met water dat opgeloste kobalt(Co)-ionen bevat. Dit proces verwijdert overtollig lithium van het kathodeoppervlak en creëert een dunne, uniforme, kobaltrijke laag die als een beschermend schild fungeert. Deze laag voorkomt direct contact van de kathode met de elektrolyt, waardoor de mogelijkheid van verdere degradatie wordt verkleind.
De wetenschappers voegden ook een fluoridecoating toe aan de gewassen kathode, wat de stabiliteit en veiligheid van de batterij verder verhoogde. De fluoridecoating voorkomt dat elektrolytzouten worden afgebroken en dat er gasbellen ontstaan, waardoor de batterij kan opzwellen en zelfs kan ontploffen.
De onderzoekers testten hun was- en coatingtechniek op verschillende kathoden met een hoog nikkelgehalte, waardoor hun prestaties en levensduur aanzienlijk werden verbeterd. Behandelde kathodes behielden na 90 cycli meer dan 500% van hun initiële capaciteit, vergeleken met minder dan 80% voor onbehandelde kathodes. Ze vertoonden ook een hogere energiedichtheid en minder gasvorming dan conventionele kathodes.
De wetenschappers hopen dat hun techniek de weg zal vrijmaken voor de ontwikkeling van efficiëntere en betrouwbaardere batterijen voor verschillende toepassingen, vooral voor elektrische voertuigen en grote elektronica. Ze verwachten ook dat hun resultaten andere wetenschappers zullen inspireren om nieuwe manieren te vinden om de stabiliteit en duurzaamheid van met nikkel verrijkte kathodes te verbeteren.
Lees ook: