Algemeen

Op weg naar een Na-vastestofbatterij

natrium-vastestofbatterij
De opbouw van de natrium-vastestofbatterij (illustratie: Empa).

Onderzoekers van de Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa, met vestigingen in Zürich, St. Gallen en Thun) en de Université de Genève (Unige) hebben een prototype van een nieuwe soort natrium-vastestofbatterij ontwikkeld, die in de toekomst nog veiliger elektrische energie moet opslaan.

Batterijen zijn niet meer uit ons dagelijks leven weg te denken. Om te voldoen aan de verwachtingen van de gebruikers worden ze steeds lichter en krachtiger en gaan ze langer mee. Commercieel het meest gebruikt is momenteel de lithium-ionen-technologie. Dit type batterijen is echter nog steeds relatief duur en kan bij verkeerd gebruik een risico vormen. Tegelijkertijd groeit de vraag naar batterijen voor toepassing in elektrische auto’s of voor de opslag van duurzame energie.

Met de doelstelling tegemoet te komen aan deze behoefte hebben onderzoekers van Empa en Unige een prototype van een zogeheten vastestofbatterij ontwikkeld. Daarmee zou meer energie moeten worden opgeslagen en een hoog veiligheidsniveau en betrouwbaarheid kunnen worden gegarandeerd. Bovendien is deze batterij gebaseerd op natrium, een goedkoper alternatief voor lithium.

Opbouw van een vastestofbatterij

Een batterij bestaat uit drie fundamentele componenten: de anode (negatieve pool), de kathode (positieve pool) en de elektrolyt. De accu’s van de momenteel meest gangbare elektronische apparaten zijn gebaseerd op lithium-ionen. Bij het opladen verlaten de ionen de kathode en bewegen zich door een vloeibaar elektrolyt naar de anode

Om de vorming van lithium-dendrieten te voorkomen, bestaat bij de in de handel gangbare batterjien de anode uit grafiet en niet uit metallisch lithium, ofschoon men met dit ultralichte metaal een grotere hoeveelheid energie zou kunnen opslaan. (Lithium-dendrieten zijn een soort microscopisch kleine stalagmieten die kortsluitingen in de batterij veroorzaken en een risico op brand vormen)

De Zwitserse onderzoekers hebben hun focus op de vastestofbatterij gericht. Deze technologie heeft het in zich de toenemende vraag van groeimarkten af te dekken en gelijktijdig steeds krachtiger accu’s mogelijk te maken. Deze kunnen bovendien sneller worden opgeladen, kunnen een grotere hoeveelheid energie opnemen en meer veiligheid bieden. Het gebruik van een vastestofelektrolyt kan de vorming van dendrieten tegengaan, wat het gebruik van metallische anodes en daarmee hogere energiedichtheden mogelijk maakt.

Niet-brandbare accu met vast natrium

De onderzoekers hebben echter nog een geschikte vaste ionengeleider nodig, die chemisch en thermisch stabiel en niet toxisch is.Deze stof moet bovendien het transport van het natrium van de anode naar de kathode mogelijk maken. De onderzoekers ontdekten dat de boorhoudende stof closo-boraan (BnHn2-) het de natrium-ionen toestaat relatief vrij te circuleren. Bovendien is closo-boraan een anorganisch elektrolyt dat in vergelijking met de vloeibare elektrolyten in lithiumionen-batterijen niet brandbaar is. Het gaat dus om een materiaal met veelbelovende eigenschappen.

De moeilijkheid zit hem in het maken van een nauw contact tussen de drie componenten van de batterij: de anode uit vast metallisch natrium, de kathode uit natriumchroomoxide en het elektrolyt uit closo-boraan.

Hiertoe losten de onderzoekers een deel van het vaste elektrolyt op in een oplosmiddel en voegden vervolgens het kathodemateriaal toe. Zodra het oplosmiddel was verdampt, brachten ze dit compacte poeder met de elektrolyt aan op de anode en persten de afzonderlijke lagen samen tot een vaste batterij.

Testen en verder ontwikkelen

Vervolgens testten de wetenschappesr van Empa en Unige de batterij. De elektrochemische stabiliteit van het toegepaste elektrolyt is bestand tegen een spanning van 3 V. Veel van de vroeger onderzochte vaste elektrolyten worden bij deze waarde al ontleed.

De wetenschappers voerden 250 laad- en ontlaadcyclussen aan de accu uit, met als resultaat dat daarna nog 85% van de energiecapaciteit beschikbaar was. Voor een commercieel beschikbare batterij moeten dat 1200 cyclussen zijn. Bovendien moeten de onderzoekers de batterijen bij omgevingstemperatuur testen om te kunnen bewijzen dat zich geen dendrieten vormen. Tegelijkertijd willen ze de spanning verder verhogen. Het werk is dus nog niet gedaan.

  • Eplan Emanage

    Eplan presenteert nieuwe volledige versie van eManage

    De cloud gebaseerde Eplan eManage software verbindt OEM'ers, system integrators, machinebouwers, paneelbouwers en operators (foto: Eplan)Met eManage Free kunnen gebruikers Eplan Platform projecten uploaden, delen en beheren in de cloud-omgeving. Eplan presenteert nu de volledige versie van de software, die aanzienlijk meer toegevoegde waarde biedt.… Lees verder →

  • Maarten Bulsink MA-IT

    MA-IT opent Automation Campus in Eindhoven

    "Onze klanten in de regio Eindhoven willen graag engineers bij ons opleiden," aldus Maarten Bulsink van MA-IT (foto's: MA-IT)Na zes jaar gevestigd te zijn geweest in Son, zal vanaf 1 februari MA-IT MyAutomation te vinden zijn in Eindhoven. Op deze nieuwe vestiging zijn niet alleen… Lees verder →

  • Apex Dynamics GL

    GL-Serie speciaal ontwikkeld voor AGV toepassingen

    De GL-serie is speciaal ontwikkeld voor AGV toepassingen (foto: Apex Dynamics)Als gevolg van automatiseringen in logistiek of productieomgevingen krijgt Apex Dynamics steeds meer vragen over tandwielkasten voor AGV toepassingen. Dat wil zeggen tandwielkasten voor Automatisch Geleide Voertuigen, oftewel mobiele robots, die vaak worden ingezet voor… Lees verder →

  • Nieuw overzicht technische webinars om bij te blijven

    Aandrijftechniek blijft een overzicht plaatsen van technische webinars vanuit de industrie. Ideaal voor engineers en technici die thuis werken, maar ook voor diegenen die op kantoor of in de fabriek aan het werk zijn en bij willen scholen op hun vakgebied. Thuiswerken is voor velen… Lees verder →

  • Draadloze roaming

    Draadloze roaming: meer bereik voor draadloze bediening

    Het BWH 001 basisstation van Sigmatek maakt draadloze bediening en bewaking van systemen mogelijk met behulp van "Wireless Roaming". (Foto: SigmaControl)Om operators in staat te stellen zich nog vrijer langs de productielijn te bewegen, heeft Sigmatek de “Wireless Roaming Feature” voor draadloze HMI’s ontwikkeld. Draadloze… Lees verder →

  • Slimme radarsensoren voor ruige omgevingen

    Radarsensoren voor ruige omgevingen

    De DR-M30-IOL voor afstandsmeting in de zwaarste omgevingen bereikt een schokbestendigheid van 100 g en beschermingsklassen tot IP69K. (Foto: Turck)Turck presenteert robuuste radarsensoren. De DR-M30-IOL zijn geschikt voor zware toepassingen zoals afstandsmeting in havenfaciliteiten en fabrieksautomatisering. De robuuste 122 GHz-apparaten met beschermingsklassen tot IP69K bereiken… Lees verder →

  • Het wereldwijde elektriciteitsverbruik kan eenvoudig met 10% omlaag

    Het wereldwijde elektriciteitsverbruik kan eenvoudig met 10% omlaag

    De elektrische motoren zijn verantwoordelijk voor meer dan 45% van het elektriciteitgebruik in de wereld. En met een groeiende bevolking en economie, zal het aantal motoren in 2040 zijn verdubbeld. (Foto: ABB)Naar aanleiding van de COP26-klimaattop heeft het Internationaal Energie Agentschap (IEA) het rapport Energie-efficiëntie… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven