Wetenschappers hebben een batterij ontwikkeld die blijft functioneren onder de meest extreme scenario’s. Het prototype toont dat zink-luchtbatterijen robuust kunnen blijven presteren in situaties waarin conventionele accucellen falen.
Onderzoekers van het Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV) hebben een batterij gebouwd die blijft functioneren nadat die is doorboord met een metalen nagel, in brand is gestoken of volledig onder water is gezet. Dat zijn precies de scenario’s waarbij lithium-ioncellen doorgaans risico lopen op thermische runaway, met kans op brand of explosie.
Volgens de studie, gepubliceerd in ACS Applied Materials & Interfaces, is dit nieuwe concept een van de meest robuuste batterijprototypes die tot nu toe experimenteel is aangetoond.
Weg van lithium & kobalt
De onderzoekers kozen niet voor lithium en kobalt, maar voor een zink-luchtarchitectuur. Hierbij gebruikt de cel zuurstof uit de omgevingslucht, waardoor veel minder actieve materialen nodig zijn dan in lithium-ion.
Opvallend is dat de kathode geen massieve metaalelektrode meer heeft, maar bestaat uit losse nikkelatomen die vastliggen in een koolstofstructuur.
Analyses met de CLS-synchrotron lieten zien dat die atomen echt gelijkmatig over het oppervlak verdeeld zijn. Dat is belangrijk, omdat juist die uniforme verdeling ervoor zorgt dat er maar heel weinig metaal nodig is. In combinatie met een gelpolymeerelektrolyt betekent dit dat er geen vluchtige (brandbare) vloeistof nodig is. Precies daar zit het grote verschil met lithium-ion.
Blijft werken onder extreme condities
In destructietests bleef de cel functioneren na mechanische perforatie, open vlammen en zelfs onderdompeling in water. Daarnaast bleek het ontwerp stabiel onder extreme temperaturen.
Dat laatste is vooral relevant voor toepassingen zoals elektrische voertuigen in koude klimaten, waar lithium-ion last heeft van verhoogde interne weerstand bij lage temperaturen.
Nog niet marktrijp
Hoe indrukwekkend dit allemaal ook klinkt: het is nog geen marktrijp product. De volgende stap is aantonen dat single-atom katalysatoren op industriële schaal te produceren zijn. Wel laat dit onderzoek zien dat batterijveiligheid niet per se afhangt van koelsystemen of compartimentering, maar al bij de chemie zelf kan worden verankerd.
Als dat lukt, kan dit een richtingverandering blijken: een generatie batterijen die zich bij falen niet agressiever, maar rustiger gedraagt — en tóch blijft werken. Dat zou weleens net zo bepalend kunnen zijn als de introductie van lithium-ion ruim dertig jaar geleden.
