De langverwachte opvolger van lithium-ion ligt eindelijk binnen handbereik. Dankzij een slimme vinding uit Noorwegen gaan lithium-zwavelbatterijen vijf keer langer mee en worden elektrische auto’s lichter, goedkoper én veiliger.
Elektrische auto’s kampen nog altijd met de beperkingen van hun batterijen: zwaar, duur en niet altijd duurzaam genoeg. Al jaren kijken onderzoekers naar lithium-zwavel (Li-S) batterijen als veelbelovende opvolger. Ze zijn lichter, goedkoper en veiliger dan de huidige lithium-ion accu’s, maar tot nu toe hield één probleem massale toepassing tegen: de snelle slijtage.
Onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU) denken nu een doorbraak te hebben gevonden. Met een dunne, gepatenteerde coating – de zogenoemde HiSep-II filterlaag – wisten ze de levensduur van Li-S batterijen te verveelvoudigen.
Het grote probleem
Li-S batterijen degraderen snel door het zogenoemde shuttle-effect. Tijdens gebruik ontstaan lithium-polysulfiden die zich vrij bewegen tussen anode en cathode. Dit proces zorgt voor chemische instabiliteit en laat de capaciteit razendsnel teruglopen. Waar een Li-ion batterij vaak duizenden laadcycli aankan, hield een Li-S batterij het doorgaans na zo’n tweehonderd cycli voor gezien.
“Deze stoffen bewegen tussen de elektroden en veroorzaken de snelle degradatie,” legt postdoc Önder Tekinalp van NTNU’s Department of Chemical Engineering uit. “Dat is de belangrijkste reden waarom Li-S batterijen nog niet commercieel zijn doorgebroken.”
Slimme filterlaag als oplossing
In plaats van zich te richten op de elektroden of de elektrolyt, keek Tekinalp met zijn team naar de separator: de dunne wand die beide zijden van de batterij scheidt. Door daar de HiSep-II coating op aan te brengen, ontstaat een soort slimme filter. Schadelijke polysulfiden worden tegengehouden, terwijl lithium-ionen zich vrij kunnen blijven bewegen.
Het effect is duidelijk zichtbaar in de laboratoriumtests. Li-S cellen die normaal na tweehonderd cycli versleten zijn, hielden met de nieuwe coating stand tot wel duizend cycli – een levensduur die vijf keer langer is.
Minder gewicht, meer bereik
Voor elektrische auto’s kan dit enorme gevolgen hebben. Volgens NTNU kan een 800-volt batterijpakket door de toepassing van Li-S technologie meer dan tweehonderd kilo lichter worden. Minder gewicht betekent direct een groter bereik, betere efficiëntie en lagere kosten. Daarbij is zwavel goedkoop en overal beschikbaar, in tegenstelling tot de schaarse metalen die in veel lithium-ion batterijen worden gebruikt.
“Hoewel HiSep-II nog niet in auto’s is toegepast, hebben we laten zien dat de coating het shuttle-effect effectief kan remmen,” zegt Tekinalp. “Dat probleem hield Li-S batterijen tot nu toe tegen.”
Ook luchtvaart en energieopslag kan profiteren
De onderzoekers zien mogelijkheden die verder reiken dan de autosector. Drones en vliegtuigen profiteren van het lagere gewicht, scheepvaart en industrie van de extra veiligheid, en grootschalige energieopslag kan juist profiteren van de langere levensduur en stabiliteit.
Volgens Kristina Nydal van NTNU’s Technology Transfer Office is de coating bovendien milieuvriendelijk en geschikt voor opschaling. “Het proces kan zelfs worden toegepast op bestaande lithiumbatterijen,” benadrukt ze.
Van lab naar markt
De coating werd in 2023 door NTNU gepatenteerd, maar de weg naar grootschalige toepassing kent nog uitdagingen. Externe partijen moeten de resultaten bevestigen, de industrie moet laten zien dat massaproductie haalbaar is en NTNU zoekt nu samen met het Technology Transfer Office (TTO) licentiepartners om de technologie naar de markt te brengen.
Toch is de boodschap duidelijk: met deze filterlaag is er eindelijk een oplossing gevonden voor het grootste probleem van Li-S batterijen. Als de praktijk de laboratoriumresultaten bevestigt, kan een dun laagje coating de batterij-industrie volledig veranderen – en daarmee het einde van lithium-ion inluiden.
