Een batterij gemaakt van roest die tijdens gebruik steeds beter presteert? Duitse en Oostenrijkse onderzoekers hebben een lithium-ion anode ontwikkeld die milieuvriendelijker, goedkoper en verrassend krachtig is.
Onderzoekers van Saarland University in Duitsland en de University of Salzburg in Oostenrijk hebben een innovatieve lithium-ion batterij-anode ontwikkeld waarin ijzeroxide – beter bekend als roest – een centrale rol speelt.
Volgens de studie, gepubliceerd in Chemistry of Materials, combineerden ze het ijzeroxide met microscopisch kleine holle koolstofbolletjes, ook wel spherogels genoemd. Deze nanostructuren hebben een groot oppervlak en een poreuze structuur, waardoor ze veel elektrische lading kunnen opslaan en tegelijkertijd duurzaam zijn.
Inspiratie uit een onverwachte hoek
De structuur van de koolstofbolletjes is geïnspireerd op de beroemde Oostenrijkse Mozartkugeln. Michael Elsaesser, PhD van de University of Salzburg, legt uit: “De chocoladebonbons bestaan uit lagen pistache, marsepein en nougat, omhuld door chocolade. Wij vertaalden dit idee naar nanostructuren: holle koolstofbolletjes gevuld met fijne ijzerdeeltjes.”
Door deze opbouw kan elk bolletje veel ijzeroxide bevatten, wat cruciaal is voor de opslagcapaciteit van de batterij. Elk bolletje is ongeveer 250 nanometer groot, waardoor de materialen licht, efficiënt en zeer geschikt voor batterijtoepassingen zijn.
IJzer als alternatief
Traditionele lithium-ion batterijen zijn sterk afhankelijk van kobalt en nikkel, metalen die duur, schaars en giftig zijn. IJzer biedt een aantrekkelijk alternatief: het is wereldwijd overvloedig aanwezig, goedkoop, gemakkelijk te recyclen en veilig in gebruik. Bovendien kan het theoretisch veel energie opslaan.
Batterij wordt beter tijdens gebruik
Een opvallend en uniek effect van het nieuwe materiaal is dat de batterij beter presteert naarmate hij vaker wordt gebruikt. Stefanie Arnold, PhD van Saarland University, legt uit: “Het ijzer in de nanodeeltjes reageert langzaam met zuurstof om ijzeroxide te vormen. Pas na ongeveer 300 laad- en ontlaadcycli bereikt de batterij zijn maximale capaciteit. Het materiaal activeert zich dus geleidelijk tijdens gebruik – iets wat uniek is voor deze structuur.”
Door de langzame activering presteert de batterij aanvankelijk niet op topniveau, maar hij groeit in kracht en stabiliteit naarmate hij vaker laadt en ontlaadt. Dit maakt de technologie bijzonder interessant voor toepassingen in elektrische voertuigen en energieopslag.
Duurzaam, robuust en schaalbaar
De onderzoekers gebruiken ijzerlactaat om de spherogels te maken, waardoor de ijzerdeeltjes gelijkmatig in het koolstofnetwerk worden ingebouwd. Dit proces is relatief eenvoudig op te schalen, wat belangrijk is voor industriële toepassing.
Volker Presser, PhD, professor energie-materialen aan Saarland University, zegt hierover: “Onze methode kan de ontwikkeling van milieuvriendelijke bufferopslagsystemen voor hernieuwbare energie versnellen.” Voorlopig is verder onderzoek nodig om de activering sneller te laten verlopen en om een geschikte kathode te vinden voor een complete batterijcel.
Ook geschikt voor natrium-ion
Naast lithium-ion batterijen wordt onderzocht of dezelfde spherogel-technologie kan worden toegepast op natrium-ion batterijen, die steeds vaker in de schrijnwerpers komen te staan. De methode kan bovendien worden aangepast om andere functionele materialen in één stap in te bouwen. Dit opent de deur naar toepassingen in geavanceerde energieopslag, sensoren en katalysatoren.
Michael Elsaesser benadrukt: “Deze spherogels vormen een veelzijdig platform dat veel nieuwe technologieën mogelijk maakt doordat verschillende materialen direct in situ kunnen worden geïntegreerd.”
Roest als sleutel tot groene energie
Het onderzoek laat zien dat traditionele problemen in batterijtechnologie – zoals afhankelijkheid van kobalt en nikkel – kunnen worden aangepakt door slimme materiaalinnovaties. Holle koolstofbolletjes gevuld met ijzeroxide combineren duurzaamheid, kostenefficiëntie en hoge prestaties. De ontdekking dat de batterij zijn capaciteit geleidelijk opbouwt tijdens gebruik maakt deze ‘roestbatterij’ extra bijzonder.
Met verdere optimalisatie kan deze technologie een belangrijke rol gaan spelen in elektrische voertuigen, hernieuwbare energieopslag en de bredere batterijindustrie. Zelfs roest blijkt dus een verrassend krachtige speler in de energierevolutie.
