Delftenaren voorspellen werking 'nanobatterij'
Onderzoekers van de TU Delft kunnen voorspellen hoe het zogenoemde nanostructureren, het heel erg verkleinen van de structuur, zal uitwerken op de prestaties van Li-ion batterijen. Het nanostructureren van batterijmaterialen, wat in de toekomst veel zal worden toegepast, is namelijk niet altijd prestatieverhogend. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in the Journal of the American Chemical Society.
Een Li-ion batterij is op dit moment de kleinste en lichtste manier om zoveel mogelijk elektrische energie herlaadbaar op te slaan. Een beperking voor bijvoorbeeld de toepassing in hybride en elektrische vervoermiddelen is echter de lage oplaad- en ontlaadsnelheid van deze batterijen.
Deze snelheid wordt grotendeels bepaald door de lange weg die de lithium-ionen moeten afleggen door het elektrodemateriaal in de batterij. De snelheid van de ionen door elektrodemateriaal is langzaam vergeleken bij die in de elektrolyt (de vloeistof tussen het elektrodemateriaal).
De huidige strategie is daarom om de elektrodedeeltjes te nanostructureren, d.w.z. heel klein te maken (in de orde van nanometers) en daarmee de af te leggen weg binnenin het elektrodemateriaal te verkorten.
De batterijprestaties van dergelijke nanogestructureerde materialen blijken echter anders te zijn dan verwacht. Voor een groot deel werden deze afwijkingen niet begrepen. Gebruikmakend van de onderzoekstechniek neutronendiffractie hebben onderzoekers van het Reactor Instituut Delft (RID) van de TU Delft nu echter gevonden dat met het verkleinen van de elektrodedeeltjes de materiaalstructuur-eigenschappen ingrijpend veranderen. Het fase-evenwicht dat in het algemeen aanwezig is in dit soort materialen verandert en verdwijnt zelfs geheel als de elektrodedeeltjes maar klein genoeg worden.
Met de gevonden resultaten kunnen de onderzoekers (Marnix Wagemaker, Wouter Borghols en Fokko Mulder) voorspellen hoe nanostructureren zal uitwerken op de prestaties van de Li-ion batterij. Ze concluderen dat het nanostructureren van elektrodematerialen in Li-ion batterijen sterk afhangt van het materiaal en de exacte deeltjesgrootte.
Meer in het algemeen zijn de gevonden resultaten van belang voor toepassingen waarbij kleine ionen diffunderen in nanokristallen, zoals waterstofopslag en de vorming van legeringen.
Technische Universiteit Delft
Technische Universiteit Delft