Een nieuwe lithium-zwavel-batterij met een enorme capaciteit kan leiden tot goedkopere elektrische auto’s en tot goedkopere opslag van energie in elektriciteitsnetwerken.

Ingenieur Mahdokht Shaibani van de Monash-universiteit in het Australische Melbourne en haar collega’s hebben een batterij ontwikkeld met een vijf keer zo hoge capaciteit als een lithium-ion-batterij. Dat melden de onderzoekers in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances.

De batterij houdt meer dan tweehonderd cycli van op- en ontladen lang een efficiëntie van 99 procent. Een versie op smartphoneformaat zou een telefoon vijf dagen van energie kunnen voorzien.

'We moeten anders  gaan betalen voor zorg'
LEES OOK
'We moeten anders gaan betalen voor zorg'

Desintegrerende elektrode

Tot op heden was het probleem met lithium-zwavel-batterijen dat de zwavelelektrode breekt na een aantal cycli van op- en ontladen, zegt Shaibani. Daardoor verdwijnt het voordeel van dit type batterijen al snel. ‘De elektrode valt uit elkaar en dan is het gedaan met de batterij.’

Dit gebeurt doordat de zwavelelektrode gedurende een cyclus uitdijt en samentrekt. Het volume van de elektrode verandert dan met 78 procent. Zulke veranderingen treden ook op in de elektroden van lithium-ion-batterijen die elektrische auto’s en smartphones van energie voorzien, maar daar zijn ze ongeveer acht keer zo klein.

Bruggen tussen deeltjes

Om te voorkomen dat de elektrode in hun lithium-zwavel-batterij desintegreert, gaven de onderzoekers de zwaveldeeltjes meer ruimte om uit te dijen. Normaal gesproken worden aan lithium-zwavel-batterijen materialen toegevoegd die de deeltjes erin met elkaar verbinden, zodat de batterij niet breekt als hij uitdijt. Shaibani en haar team voegden kleinere hoeveelheden toe van een bindingsmateriaal van polymeren en ze creëerden meer uitgestrekte structuren tussen de zwaveldeeltjes.

Het betreffende polymeer zorgde voor een reeks bruggen tussen de deeltjes, in plaats van een dicht netwerk. Dat leidt tot een balans tussen de weerstand van de batterij tegen breken en zijn vermogen om een grote hoeveelheid energie vrij te geven.

Ethische problemen

Shaibani zegt dat deze lithium-zwavel-batterij de kosten van batterijen voor elektrische auto’s en opslag in een elektriciteitsnetwerk drastisch zal verkleinen. Zwavel is namelijk een goedkoop materiaal dat veel voorkomt.

Lithium-zwavel-batterijen kampen echter mogelijk met dezelfde problemen als lithium-ion-batterijen. De metaaloxides in lithium-ion-batterijen zijn doorgaans van nikkel, kobalt of mangaan. Dat zijn dure materialen waarvan de voorraden snel slinken.

Daarbij spelen ook ethische problemen. Een groot deel van het kobalt wordt bijvoorbeeld gewonnen door kinderen in de Democratische Republiek Kongo. ‘Om veel goedkopere energie en ethisch verantwoorde batterijen te krijgen, hebben we een radicaal nieuw energieopslagsysteem nodig’, zegt Shaibani.

De onderzoekers geven aan door te gaan met het testen van prototypes van hun batterijen. Ze hopen ze over een paar jaar in productie te kunnen nemen.