De lithium-lucht batterij ( Li-air ) maakt een grote kans om de toekomst van energie te voorzien. Deze batterij is lichter en krachtiger dan traditionele lithium-ion batterijen. Dat maakt ze ideaal voor elektrische voertuigen of andere technologie die veel energie vereist.
Het belangrijkste voordeel van lithium-luchtbatterijen is hun hoge energiedichtheid. Daardoor kunnen ze meer energie opslaan en afgeven dan andere soorten batterijen. Dat maakt ze erg geschikt om elektrische auto’s van energie te voorzien. Ze hebben ook een lange levensduur, waardoor ze vaak kunnen worden opgeladen zonder dat hun prestaties significant afnemen.
Lithium-lucht accu’s werken door zuurstof uit de lucht te combineren met lithium. Zo wekken ze een elektrochemische reactie op waarbij energie vrijkomt. Dit proces is zeer efficiënt en vereist minder materialen dan andere soorten batterijen, waardoor lithium-luchtbatterijen uiteindelijk betaalbaarder worden.
Lithium-luchtbatterijen kunnen voor een revolutie in de energie-industrie gaan zorgen – van het aandrijven van elektrische auto’s tot het effectiever opslaan van hernieuwbare energie. Naarmate verder onderzoek en ontwikkeling plaatsvinden en de technologie steeds beter wordt, kunnen we nog veel spannende toepassingen verwachten.
Chemie van de nieuwe lithium-luchtbatterij
Een recente publicatie over onderzoek dat de technologie dichter bij de markt brengt, komt van Mohammad Asadi. Assadi is assistent-professor chemische technologie aan het Illinois Institute of Technology. Hij publiceerde onlangs een artikel in het tijdschrift Science waarin hij de chemie achter zijn nieuwe lithium-luchtbatterijontwerp beschrijft. De inzichten stellen hem in staat het batterijontwerp verder te optimaliseren, met het potentieel om vermogensdichtheden te bereiken die veel hoger zijn dan de huidige lithium-ion technologie.
Het batterijontwerp kan minstens één kilowattuur per kilogram gewicht opslaan – vier keer meer dan de lithium-ion batterijtechnologie. Dat kan een ommekeer betekenen voor het elektrificeren van vooral zware voertuigen zoals vliegtuigen, treinen en onderzeeërs.
Asadi wilde een batterij maken met een vaste elektrolyt die gebruikt kan worden met de kathode- en anodetechnologie die hij ontwikkelde voor gebruik in lithium-luchtbatterijen. Die biedt voordelen op gebied van veiligheid en energie in vergelijking met batterijen met vloeibare elektrolyt. Hij koos voor een mix van polymeer en keramiek, de twee meest gangbare vaste elektrolyten, die echter beide nadelen hebben. Door ze te combineren ontdekte Asadi dat hij kon profiteren van de hoge ionengeleiding van keramiek en de hoge stabiliteit en hoge interfaciale verbinding van het polymeer.
Het resultaat zorgt ervoor dat de kritische omkeerbare reactie waardoor de batterij kan functioneren – lithiumdioxidevorming en -afbraak – bij kamertemperatuur in hoog tempo kan plaatsvinden, de eerste demonstratie hiervan in een lithium-luchtbatterij.
Dichter bij de markt
Zoals beschreven in de Science paper, heeft Asadi een reeks experimenten uitgevoerd die de wetenschap achter deze reactie aantonen.
“We ontdekten dat die vaste elektrolyt ongeveer 75 procent bijdraagt aan de totale energiedichtheid. Dat vertelt ons dat er nog veel ruimte is voor verbetering, omdat we denken dat we die dikte kunnen minimaliseren zonder de prestaties in gevaar te brengen, en dat zou ons in staat stellen een zeer, zeer hoge energiedichtheid te bereiken,” zegt Asadi.
Deze experimenten werden uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Illinois Chicago en Argonne National Laboratory. Asadi is van plan samen te werken met partners uit de industrie om het ontwerp van de batterij te optimaliseren en de productie ervan mogelijk te maken.
“De technologie is een doorbraak, en het heeft een deur geopend om deze technologieën op de markt te brengen,” zegt Asadi.
Een bedrijf dat een lithium-metaalbatterij in ontwikkeling heeft is Cuberg, een dochteronderneming van batterijgigant Northvolt. Het heeft een stabiliteit bereikt die kan concurreren met bestaande lithium-ion batterijen. Die behoudt 80 procent van zijn oorspronkelijke capaciteit tot bijna 700 laad-/ontlaadcycli – wat is gevalideerd door een extern testlaboratorium.
