Een onverwachte vondst tijdens chiponderzoek blijkt een gouden greep voor zinkbatterijen. Het resultaat: een simpele coating die de levensduur drastisch verlengt.
Een groep onderzoekers van het Purdue Polytechnic Institute heeft per ongeluk een oplossing gevonden voor een hardnekkig probleem in zinkbatterijen.
Hun oorspronkelijke doel? Het ontwikkelen van halfgeleiders voor flexibele elektronica die bij lage temperaturen werken. Maar terwijl ze experimenteerden met tinoxidefilms voor nieuwe CMOS-technologie, stuitten ze op iets veel groters.
Zinkbatterijen
Zinkbatterijen worden al langer gezien als een veelbelovend alternatief voor de bekende lithium-ion batterijen. Ze zijn veiliger, goedkoper, en milieuvriendelijker: zink is overvloedig aanwezig, niet brandbaar en gemakkelijk te recyclen.
Toch hebben ze een belangrijk nadeel: de zinkanode is gevoelig voor corrosie en waterstofontwikkeling. Beide processen tasten de anode aan en verkorten de levensduur van de batterij aanzienlijk.
Accidentele doorbraak
Tijdens het testen van p-type tinoxide halfgeleiders merkten de onderzoekers onder leiding van Sunghwan Lee een spontaan passivatie-effect op. Deze onverwachte beschermende werking bleek het zinkoppervlak effectief te beschermen tegen corrosie en gasvorming.
“De innovatieve zinkanode-strategie was zo effectief dat we direct een patentaanvraag hebben ingediend,” aldus Lee, associate professor aan de School of Engineering Technology van Purdue. “Dit soort ‘accidentele’ doorbraken gebeurt vaker wanneer je disciplines met elkaar verweeft.”
Volgens de studie, gepubliceerd in Energy & Environmental Science, verbetert deze tinoxidecoating niet alleen de chemische stabiliteit van de zinkanode, maar verlengt het ook aanzienlijk de levensduur van de batterij.
Van chiptechnologie naar batterijrevolutie
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) technologie is de ruggengraat van moderne micro-elektronica—van processoren tot camerasensoren. De ontdekking dat een CMOS-gerelateerde halfgeleider een sleutelrol kan spelen in batterijtechnologie is een schoolvoorbeeld van hoe fundamenteel onderzoek onverwachte toepassingen kan opleveren.
Volgens Yuxuan Zhang, promovendus en eerste auteur van de publicatie, “toont deze ontdekking aan hoe oplossingen voor oude problemen gevonden kunnen worden in totaal andere onderzoeksvelden.”
Mogelijks nieuwe toekomst voor zinkbatterijen
Zinkbatterijen worden momenteel toegepast in onder meer voertuigen en stationaire energieopslagsystemen. Met een verhoogde stabiliteit en levensduur zouden ze eindelijk hun volledige potentieel kunnen waarmaken voor grootschalige, duurzame energieopslag.
“Deze strategie biedt een schaalbare en milieuvriendelijke oplossing,” zegt Zhang. “Het maakt zinkbatterijen aantrekkelijker voor zowel commerciële toepassingen als netgekoppelde opslag.”
We hebben direct een patentaanvraag ingediend.
Sunghwan Lee
Toeval? Of het resultaat van slimme kruisbestuiving?
Dat deze ontdekking ‘per ongeluk’ gebeurde, is volgens de onderzoekers vooral te danken aan de multidisciplinaire aanpak van hun lab. Door materialenonderzoek, elektronica en energieopslagtechnologie te combineren, ontstaan inzichten die in traditionele silo’s misschien nooit boven water zouden komen.
Sunghwan Lee: “Dit laat zien hoe belangrijk nieuwsgierigheid en een open onderzoeksomgeving zijn. Als je mensen de ruimte geeft om te verkennen buiten hun eigen vakgebied, ontstaan dit soort verrassende innovaties.”
Serendipiteit met grote impact
Deze ’toevallige’ ontdekking kan de toekomst van zinkbatterijen drastisch veranderen. Niet alleen biedt het een oplossing voor fundamentele technische beperkingen, maar het maakt gebruik van betaalbare, gangbare materialen en methodes die eenvoudig opgeschaald kunnen worden.
In een tijd waarin de wereld schreeuwt om veilige, duurzame en kosteneffectieve energieopslag, zou deze toevallige vondst wel eens essentieel kunnen blijken.
