Upton, New York (VS) – Een toevallige vondst betekent een verbetering van oplaadbare batterijen. Een afwijkende samenstelling zorgt voor een langere levensduur en een grotere oplaadcapaciteit op de lange termijn.


De huidige generatie oplaadbare batterijen kan duizendmaal worden opgeladen. Daarna maakt corrosie ze onbruikbaar. Wetenschappers van het Brookhaven National Laboratory slaagden er in het verouderingsproces te vertragen. Zij hebben een patent verkregen op de chemische legering die dit mogelijk maakt.
Een batterij is een elektrochemische cel. Deze bestaat uit twee gescheiden delen waarin chemische reacties plaatsvinden. In het ene deel vinden reacties plaats waarbij elektronen vrijkomen en in het andere deel zijn reacties die juist elektronen nodig hebben. Een brug tussen de twee reacties zorgt ervoor dat elektronen van het ene naar het andere deel kunnen bewegen. Elektrische stroom is niets anders dan stromende elektronen en dus zet de batterij chemische energie om in elektrische energie. Oplaadbare batterijen zetten elektrische energie uit het stopcontact weer om in chemische energie, zij laten de reactie terug lopen. De populairste oplaadbare soort is de nikkel-metaalhybride-batterij (Ni/MHx). Deze staat bekend om zijn hoge capaciteit en lange levensduur. Bovendien bevat hij geen kobalt dat kan exploderen of giftig cadmium.
In de huidig generatie Ni/MHx-batterijen vormen atomen van de metalen nikkel en lanthaan een kristal. Een kristal is opgebouwd uit eenheidscellen die er allemaal hetzelfde uitzien. Lanthaanatomen zitten in de hoeken van de eenheidscel en vormen een raamwerk waarbinnen de nikkelatomen diverse posities innemen. Tijdens het opladen dringen waterstofatomen door tussen de ruimten in het rooster. Bij het ontladen komen de waterstofatomen weer vrij.
De waterstofatomen hebben echter een bijeffect. Zij zorgen ervoor dat het kristalrooster uitzet en krimpt tijdens het op- en ontladen. Dit proces van vervorming herhaalt zich voor elke laden-ontladencyclus. Hierdoor zal het rooster uiteindelijk uit elkaar vallen. De losgeslagen atomen zijn veel gevoeliger voor roesten wat ervoor zorgt dat de batterij na duizendmaal opladen niet meer functioneert. Met domweg proberen hoopten scheikundigen het rooster langer in stand te houden. Uiteindelijk gaf een vergissing in de verhouding lanthaan-nikkel de doorslag. De scheikundigen voegen een fractie meer nikkel toe te die het lanthaanatoom op één van de hoekpunten verdringt. Zoals in het plaatje te zien is, vormen twee nikkelatomen één hoek in de eenheidscel. Het nikkelpaar maakt het kristalrooster compacter. Er past nu weliswaar iets minder waterstof in het rooster zodat de capaciteit iets afneemt. Compactheid maakt het rooster ook steviger. Doordat het langer intact blijft, blijft corrosie langer uit wat de oplaadcapaciteit op lange termijn vergroot.

Marijn Sandtke

Eenheidscel van het kristalrooster met de extra nikkelatomen (beige) in de hoek linksonder, de lanthaanatomen zijn paars gekleurd.