Voor het eerst laat een lithium-luchtbatterij zien dat opschaling wél kan. Onderzoekers hebben een stabiel groter prototype ontwikkeld dat de veelbelovende batterijtechnologie dichter bij realistische toepassingen brengt.
Een Japans onderzoeksteam heeft een belangrijke barrière in lithium-luchtbatterijen doorbroken. Volgens de studie, gepubliceerd in Cell Reports Physical Science, heeft het team een stabiel werkende lithium-luchtbatterij van 1 Wh gebouwd met een elektrode van 4 bij 4 centimeter. Voor het eerst wordt hiermee aangetoond dat lithium-luchttechnologie niet alleen in kleine proefcellen werkt, maar ook opschaalbaar is naar grotere formaten.
Het resultaat werd behaald door het National Insitute for Materials Science (NIMS) en koolstofspecialist Toyo Tanso. De ontwikkeling is bijzonder relevant voor de elektrische mobiliteits-industrie zoals EV’s, elektrische vliegtuigen en toekomstige luchttaxi’s.
Waarom lithium-lucht zo veelbelovend is
Lithium-luchtbatterijen hebben een véél hogere theoretische energiedichtheid dan conventionele lithium-ioncellen. Moderne lithium-ioncellen blijven vaak rond de 250–300 Wh/kg steken, maar een eerder NIMS-prototype haalde al ongeveer 500 Wh/kg. Dat is meer dan het dubbele van de huidige topmodellen.
Tot nu toe waren lithium-luchtcellen echter extreem klein (0,01 Wh of minder), te zwak voor praktische toepassingen. Bovendien kampten ze met drie grote problemen:
- Te laag vermogen
- Korte levensduur
- Slechte schaalbaarheid
Het nieuwe prototype laat zien dat vooral het laatste probleem eindelijk kan worden opgelost.
Nieuw elektrodeontwerp zorgt voor doorbraak
Het succes van dit grotere prototype is grotendeels te danken aan een nieuw elektrodeontwerp. Het team combineerde CNovel-mesoporeus koolstof van Toyo Tanso, met gecontroleerde poriegrootte en zelfdragende koolstofmembranen van NIMS.
De combinatie resulteerde in een gelaagde poreuze structuur die de beweging van ionen verbetert en chemische reacties stabieler maakt. De hogere kristalliniteit van de koolstof verhoogt bovendien de duurzaamheid van de elektrode, dat draagt bij aan een langere levensduur van de batterij.
Presteert opvallend stabiel
Het 1 Wh-stapelprototype draaide stabiel voor meer dan 150 cycli bij een stroomdichtheid van 1,5 mA/cm². Dat is belangrijk: een hoge energiedichtheid alleen is onvoldoende; voertuigen en vliegtuigen hebben vooral hoog piekvermogen nodig voor acceleratie en verticale start.
Het nieuwe elektrodeontwerp laat zien dat dit haalbaar is, met verbeterde output die cruciaal is voor toekomstige elektrische voertuigen en luchtvaarttoepassingen.
Klaar voor verdere opschaling
Daarnaast ontwikkelde het team een methode om elektroden van 10 x 10 cm of groter te produceren. Dit biedt een stevige basis voor het bouwen van grotere batterijcellen die daadwerkelijk in voertuigen kunnen worden toegepast.
Met deze technologie kunnen EV’s mogelijk actieradiussen van 800–1.200 km halen en kunnen lichte elektrische vliegtuigen of luchttaxi’s genoeg vermogen krijgen voor verticale take-off zonder zware accublokken.
Grootste stap sinds jaren
Hoewel een commercieel product nog jaren weg is, is deze doorbraak technisch gezien de meest veelbelovende stap in tien jaar lithium-lucht-onderzoek. De sleutel was altijd schaalbaarheid, en juist daar is nu voor het eerst een overtuigend prototype getoond.
Als de komende stappen minstens zo succesvol zijn, zou dit wel eens de batterijtechnologie kunnen worden die de energietransitie in mobiliteit versnelt: lichtere voertuigen, langere actieradius en lagere kosten per kilometer.
