Chinese onderzoekers hebben een aanzienlijke sprong voorwaarts gemaakt in de lithiumbatterijtechnologie en hebben een energiedichtheid van 700 wattuur per kilogram (Wh/kg) bereikt. Deze doorbraak pakt al lang bestaande beperkingen in de elektrolytchemie aan, waardoor het landschap van energieopslag voor elektrische voertuigen, ruimtevaart en toepassingen bij koud weer mogelijk wordt hervormd.
Bestaande beperkingen overwinnen
Traditionele lithium-ionbatterijen zijn afhankelijk van carbonaatesteroplosmiddelen om lithiumzouten op te lossen. Hoewel ze effectief zijn, hebben deze oplosmiddelen ook nadelen: ze vereisen grote volumes, waardoor een verdere toename van de energiedichtheid wordt belemmerd, en hun sterke interacties met lithiumionen vertragen de ladingsoverdracht, vooral in koude omgevingen (waar de prestaties onder de -50°C dalen).
Om deze problemen te omzeilen, heeft het onderzoeksteam – onder leiding van professor Zhao Qing (Nankai University), academicus Chen Jun en onderzoeker Li Yong (Shanghai Institute of Space Power Sources) – een nieuwe klasse elektrolyten ontwikkeld met behulp van gefluoreerde koolwaterstofoplosmiddelen. Deze oplosmiddelen zorgen voor een efficiëntere oplossing van lithiumzouten met een betere bevochtigbaarheid, waardoor het totale benodigde elektrolytvolume wordt verminderd. De zwakkere interactie tussen lithium en fluor versnelt ook de ladingsoverdracht, zelfs bij extreem lage temperaturen.
Belangrijkste bevindingen en prestaties
De nieuw ontwikkelde lithiumbatterijen bereiken 700 Wh/kg bij kamertemperatuur, een aanzienlijke stijging ten opzichte van het huidige commerciële aanbod. Cruciaal is dat ze een prestatie van bijna 400 Wh/kg behouden bij -50°C, waarmee een grote operationele uitdaging wordt opgelost voor batterijen die in barre klimaten worden gebruikt.
Volgens professor Zhao Qing concentreert de innovatie zich op het manipuleren van de elektronendichtheid en de structuur van het oplosmiddelmolecuul om de oplossing van lithiumzout te optimaliseren. Deze aanpak levert batterijen op met zowel een hoge energiedichtheid als een superieure veerkracht bij koud weer.
Implicaties en context
Dit onderzoek is belangrijk omdat de huidige geavanceerde batterijen, zoals de Qilin-serie van CATL, een piek hebben van ongeveer 250-255 Wh/kg op systeemniveau. Hoewel het cijfer van 700 Wh/kg waarschijnlijk betrekking heeft op de cel zelf, vertegenwoordigt het een belangrijke stap in de richting van het overtreffen van de mogelijkheden van de huidige technologie. Veel solid-state batterijontwerpen die momenteel in ontwikkeling zijn, hebben moeite om de 400 Wh/kg te overtreffen.
De implicatie is duidelijk: dit onderzoek heeft de energiedichtheid van traditionele lithiumbatterijen effectief in het domein van geavanceerde solid-state alternatieven gebracht.
Als deze innovatie effectief wordt opgeschaald, kan deze innovatie het bereik en de prestaties van elektrische voertuigen dramatisch vergroten, robotica van de volgende generatie aandrijven en nieuwe mogelijkheden ontsluiten voor operaties in de lucht- en ruimtevaart en in extreme omgevingen. Deze ontwikkeling onderstreept de groeiende dominantie van China op het gebied van batterijtechnologie en suggereert een potentiële verschuiving op de mondiale markt voor energieopslag.
