Onderzoekers hebben ’s werelds eerste werkende waterstof-ionbatterij gebouwd. Waar de technologie decennialang bleef steken in theorie, is er nu voor het eerst een praktisch prototype dat stabiel laadt en ontlaadt. Een mogelijke gamechanger voor veilige en duurzame energieopslag.
Chinese wetenschappers hebben een primeur te pakken: de eerste werkende batterij die gebruikmaakt van hydride-ionen (H⁻) als ladingsdragers. Daarmee openen ze een compleet nieuwe route voor energieopslag, die niet alleen veiliger is maar ook duurzamer. Het onderzoek is uitgevoerd door het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP), onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nature, is dit de eerste keer dat een concept dat jarenlang puur theoretisch leek, met succes is omgezet in een praktisch prototype.
Lange tijd onhaalbaar
Hydride-ionen gelden al jaren als veelbelovende ladingsdragers voor de volgende generatie batterijen. Ze hebben een laag gewicht en een hoge redoxpotentiaal, wat ze zeer efficiënt maakt voor energieopslag. Bovendien ontstaat bij gebruik van H⁻-ionen geen dendrietvorming – gevaarlijke metaalnaaldjes die bij lithiumbatterijen kortsluiting en brand kunnen veroorzaken.
Toch was toepassing in batterijen lange tijd onhaalbaar. Het ontbrak aan een elektrolyt die zowel snelle iongeleiding als thermische en chemische stabiliteit kon bieden.
Het team, onder leiding van professor Ping Chen, ontwikkelde daarom een compleet nieuw materiaal: een core-shell hydride-elektrolyt. Daarbij werd ceriumtrihydride (CeH₃) ingekapseld in een dunne laag bariumhydride (BaH₂). Deze hybride structuur combineert het beste van twee werelden: de hoge iongeleiding van CeH₃ en de stabiliteit van BaH₂.
Eerste hydride-ionbatterij
Met dit elektrolyt bouwden de onderzoekers de allereerste oplaadbare hydride-ionenbatterij, bestaande uit een NaAlH₄-kathode en een CeH₂-anode. De prestaties zijn opvallend: een initiële capaciteit van 984 mAh/g bij kamertemperatuur en nog steeds 402 mAh/g na twintig cycli. Ter vergelijking: commerciële lithium-ionbatterijen zitten doorgaans rond de 150–250 mAh/g.
De batterij wist bovendien een spanning van 1,9 volt te leveren en kon probleemloos een gele LED laten branden – een symbolische maar overtuigende demonstratie dat het niet slechts om labtheorie gaat.
Alternatief voor lithium
Een belangrijk voordeel van het gebruik van hydride-ionen is dat de vorming van gevaarlijke dendrieten – metaalnaaldjes die kortsluiting kunnen veroorzaken – wordt voorkomen. Dit maakt de technologie potentieel veiliger dan conventionele lithium-ionbatterijen, die regelmatig negatief in het nieuws komen door brand- en explosiegevaar.
Daarnaast zijn de gebruikte materialen relatief goedkoop en ruim beschikbaar, wat de afhankelijkheid van schaarse metalen zoals kobalt of lithium kan verminderen. Dat is niet alleen economisch aantrekkelijk, maar ook geopolitiek relevant, gezien de wereldwijde strijd om batterijgrondstoffen.
Toepassingen en toekomstperspectief
De onderzoekers zien toepassingen in grootschalige energieopslag voor het elektriciteitsnet, maar ook in waterstofopslag, draagbare elektronica en zelfs mobiele toepassingen. Zeker in combinatie met de wereldwijde push richting waterstofeconomie kan dit type batterij een sleutelrol gaan spelen.
Toch moet de technologie zich nog bewijzen. De huidige cyclusstabiliteit is met twintig laad- en ontlaadbeurten nog onvoldoende voor commerciële inzet. Ook de relatief lage spanning (1,9 V) is een beperking vergeleken met lithium-ioncellen die tot 4 V halen. Maar dat doet niets af aan de doorbraak: voor het eerst is er een werkend bewijs dat hydride-ionen in een batterijconfiguratie functioneren.
