Onderzoekers uit Tokyo hebben een nieuwe lithium-ion batterij ontwikkeld die veiliger, sneller en milieuvriendelijker is dankzij een slijmachtige substantie. Deze innovatie kan productie, gebruik én recycling van batterijen drastisch veranderen.
Lithium-ion batterijen zijn essentieel voor smartphones, laptops en elektrische voertuigen, maar hun conventionele ontwerp kent grote nadelen: brandbare oplosmiddelen, complexe productieprocessen en moeilijke recycling.
Volgens de studie, gepubliceerd in Advanced Materials, hebben wetenschappers van het Institute of Science Tokyo een quasi-vloeibaar elektrolyt ontwikkeld, genaamd 3D-SLISE (3D-Slime Interface Quasi-Solid Electrolyte). Het materiaal heeft een slijmachtige, quasi-vloeibare structuur, waardoor lithiumionen vrij in drie dimensies kunnen bewegen. Deze 3D-ionenmobiliteit geeft de batterij zijn bijnaam ‘slijmbatterij’ en zorgt voor zowel snelle lading als een lange levensduur.
Productie zonder dure infrastructuur
Een van de grootste voordelen van 3D-SLISE is de eenvoudige productie. Waar conventionele batterijen speciale droogkamers, handschoenenkasten en hoge temperaturen nodig hebben, kan het slijm-elektrolyt op kamertemperatuur drogen. Dit verlaagt zowel de productiekosten als de CO₂-uitstoot, en maakt opschaling voor de industrie realistischer.
De onderzoekers werkten met twee types slurry:
- Type E: gemengd met lithiumkobaltoxide (kathode) en lithiummetatitaanoxide (anode)
- Type S: geplaatst tussen de elektroden als quasi-vloeibare, slijmachtige laag
De batterijen bereikten een spanning van 2,35 volt, laadden in slechts 20 minuten volledig op en behielden hun prestaties over 400 cycli bij kamertemperatuur. Met een ionische geleidbaarheid van 2,5 mS/cm en een lage activeringsenergie van 0,25 eV functioneert het elektrolyt efficiënt onder normale omstandigheden. Het slijm-elektrolyt maakt snelle ionenbeweging mogelijk zonder dat dure en energie-intensieve faciliteiten nodig zijn.
Recycling wordt kinderspel
Een andere opvallende eigenschap van 3D-SLISE is de watergebaseerde samenstelling, waardoor directe recycling mogelijk is. Omdat het elektrolyt geen schadelijke bindmiddelen of oplosmiddelen bevat, kunnen actieve materialen eenvoudig uit de elektroden worden teruggewonnen door ze in water te weken. Het slijmachtige karakter van het materiaal vergemakkelijkt dit proces nog verder, waardoor waardevolle metalen zoals kobalt zonder zware chemische processen kunnen worden hergebruikt.
“Met deze technologie kunnen we direct waardevolle elementen zoals kobalt terugwinnen, wat bijdraagt aan een stabiele en betrouwbare toevoer van kritieke batterijmaterialen,” zegt Associate Professor Shintaro Yasui. Dit maakt de technologie een belangrijke stap richting een circulaire batterij-economie, waarin materialen hergebruikt worden in plaats van weggegooid.
Toepassingen en toekomstperspectief
De onderzoekers zien brede toepassingen voor 3D-SLISE, van draagbare elektronica tot stationaire energieopslag en mogelijk elektrische voertuigen. De combinatie van snelle laadtijden, lange levensduur, eenvoudige recycling en milieuvriendelijke productie biedt een veelbelovende route naar schonere energieopslag zonder prestatieverlies.
Hoewel de technologie nog in de onderzoeksfase is, toont 3D-SLISE hoe lithium-ion batterijen veiliger, sneller en duurzamer kunnen worden. Dankzij de slijmachtige structuur die snelle ionenbeweging mogelijk maakt, kan deze innovatie de batterij-industrie fundamenteel transformeren.
