Koreaanse onderzoekers hebben een nieuw materiaal ontwikkeld waarmee batterijen razendsnel laden zonder te degraderen, volledig schaalbaar en compatibel met bestaande productie.
Onderzoekers in Korea hebben een baanbrekend hybride anodemateriaal ontworpen dat batterijen toestaat extreem snel op te laden, terwijl de levensduur behouden blijft. Tests met pouch-cellen laten zien dat het materiaal 2.100 cycli doorstaat met een Coulomb-efficiëntie van 99%, een indicatie dat bijna al het lithium effectief wordt gebruikt bij elke cyclus.
Volgens de studie, gepubliceerd in Advanced Functional Materials, combineert de anode standaard grafietdeeltjes (mesocarbon microbeads, MCMB) met gebogen nanosheets van het organische materiaal chlorinated contorted hexabenzocoronene (Cl-cHBC). Deze gebogen nanosheets creëren extra interlaag-ruimtes en nanoschaalkanalen waardoor lithium-ionen efficiënter bewegen dan in conventioneel grafiet.
Snel laden zonder capaciteitsverlies
Een belangrijk probleem bij snel ladende batterijen is lithium-plating: bij hoge stromen kan “dood lithium” zich ophopen op het anodeoppervlak, waardoor de capaciteit permanent daalt. Het nieuwe hybride ontwerp pakt dit probleem fundamenteel aan.
Door de combinatie van grafiet en gebogen nanosheets ontstaat een sequentieel Li-ion-insertieproces: lithiumionen gaan eerst de nanosheets in en bewegen daarna het grafiet binnen. Deze staged insertion voorkomt de vorming van dood lithium, waardoor snel laden mogelijk is zonder capaciteit te verliezen, zoals bevestigd door theoretische simulaties.
Schaalbaar en compatibel met bestaande batterijproductie
De onderzoekers benadrukken dat het fabricageproces schaalbaar is en compatibel met bestaande batterijproductie, wat de commerciële haalbaarheid vergroot.
Bovendien biedt de chemische flexibiliteit van de nanosheets mogelijkheden voor andere energietechnologieën, zoals natrium-ionbatterijen, die aantrekkelijk zijn vanwege de overvloed en lage kosten van natrium.
Wereldwijde batterijrace
Deze Koreaanse doorbraak maakt deel uit van een bredere wereldwijde race naar next-generation batterijen. Zo hebben onderzoekers aan de Tohoku University een écht werkende magnesiumbatterij kunnen ontwikkelen, en zet Toyota vol in op solid-state batterijen, om maar wat voorbeelden te noemen.
De batterijindustrie staat dus niet stil, en innovaties zoals deze hybride anode zijn onderdeel van een snelle evolutie richting snellere, duurzamere en krachtigere energieopslag.
Duidelijke blauwdruk
Met de introductie van deze hybride anode lijkt een toekomst mogelijk waarin EV’s in minuten kunnen worden opgeladen en smartphones langer meegaan, zelfs bij intensief gebruik.
Het sequential insertion mechanisme biedt een duidelijke blauwdruk voor batterijen die zowel snel opladen als lange levensduur vereisen, een stap dichter bij de batterijrevolutie waar wetenschappers al jaren naar streven.
