Onderzoekers in China hebben een revolutionaire lithiumbatterij ontwikkeld die niet alleen het bereik van elektrische voertuigen kan verdubbelen, maar ook stabiel blijft werken bij extreem lage temperaturen.
Chinese onderzoekers hebben een doorbraak bereikt in batterijtechnologie die de prestaties van lithiumbatterijen drastisch kan verbeteren – én ze extreem robuust maakt bij ijskoude temperaturen.
De nieuwe hydrofluorkoolstof-elektrolyt verhoogt de energieopslag tot drie keer die van conventionele lithiumbatterijen en blijft stabiel bij temperaturen tot -70 °C. Dit zou een enorme sprong voorwaarts kunnen betekenen voor elektrische voertuigen, drones, smartphones en zelfs ruimtevaarttoepassingen. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen bovendien ook in Nature.
Twee tot drie keer zoveel energie
De onderzoekers van het Shanghai Institute of Space Power-Sources en Nankai University in China hebben lithium-metaalcellen ontwikkeld met een fluorine- en koolstofelektrolyt. Bij kamertemperatuur leverden deze batterijen een energie-dichtheid van meer dan 700 Wh per kilogram. Om dat in perspectief te plaatsen: dat is ruim twee keer zo hoog als bij conventionele lithiumcellen, die rond de 300 Wh per kilogram blijven steken.
“Voor hetzelfde gewicht kan een batterij nu twee tot drie keer zoveel energie opslaan,” zegt het onderzoeksteam. SCMP suggereert dan ook dat EV’s met één laadbeurt mogelijk 1.000 kilometer kunnen afleggen, vergeleken met de huidige 500–600 kilometer. Ook voor andere toepassingen zoals drones, robots en smartphones kan dit enorme voordelen bieden.
Blijft werken bij -70 °C
Een van de meest opvallende eigenschappen van deze nieuwe elektrolyt is de extreme temperatuurstabiliteit. Waar traditionele lithiumbatterijen al snel in efficiëntie verliezen bij temperaturen onder het vriespunt, blijven de fluorine-gebaseerde batterijen operationeel tot -70 °C.
Bij -50 °C werd nog een energie-dichtheid van circa 880 Wh per kilogram gehaald, vergeleken met ongeveer 150 Wh per kilogram voor conventionele cellen.
Hoe werkt het?
Het geheim zit hem in de elektrolyt zelf, het chemische medium dat ionen tussen de positieve en negatieve elektroden transporteert. Traditionele lithiumbatterijen gebruiken zuurstof- en stikstof-gebaseerde verbindingen, die effectief zijn maar onder stress en kou minder goed presteren en soms veiligheidsrisico’s opleveren.
De nieuwe hydrofluorkoolstof-elektrolyt heeft een lage viscositeit, hogere stabiliteit en een efficiëntere ionentransportcapaciteit, waardoor batterijen sneller kunnen laden en ontladen, zelfs bij extreme kou.
Niet ideaal voor hoge temperaturen
Hoewel de prestaties bij lage temperaturen indrukwekkend lijkjen, en ook echt wel zijn, geeft het team aan dat de elektrolyt nog niet ideaal is bij hoge temperaturen. Een hogere kookpuntstabiliteit zou de weg vrijmaken voor een echt all-weather batterij die zowel in poolgebieden als in woestijnen optimaal presteert.
Kan standaard volledig herdefiniëren
De implicaties zijn groot: EV’s die langer rijden, smartphones die langer meegaan bij extreme kou, drones die operationeel blijven in barre omstandigheden en mogelijk zelfs betrouwbaardere batterijen voor ruimtevaart.
Analisten zien hierin een potentieel kantelpunt in batterijtechnologie. Als de hoge-temperatuurstabiliteit wordt verbeterd, kan dit de standaard voor lithiumbatterijen volledig herdefiniëren en de volgende generatie van elektrische voertuigen en draagbare apparaten aandrijven.
