Ads Top

Li-ion batterijen kunnen veel efficiënter na onderzoek met ‘Delftse’ neutronen

Door onderzoek met neutronen hebben wetenschappers van de TU Delft meer licht geworpen op de werking van de veelgebruikte oplaadbare Li-ion batterijen. Door de nieuwe inzichten in het precieze gedrag van de lithium-ionen in de batterijen, kunnen deze nu efficiënter worden gemaakt en zo dat ze sneller geladen kunnen worden. De onderzoekers publiceerden hier recent over in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Energy Materials.

Onderzoeker Marnix Wagemaker van het Reactor Instituut Delft (RID) van de TU Delft richtte zich op de veelgebruikte oplaadbare Li-ion batterijen. ‘Het probleem was altijd dat lithium-ionen met conventionele technieken niet goed in beeld zijn te brengen. Er was dus relatief weinig kennis over welke factoren er nu precies een rol spelen rond het laden en ontladen van de batterijen, en hoe je dat proces eventueel sneller en efficiënter zou kunnen maken. Wij denken daar nu verandering in te hebben gebracht door als eersten bij een gewone batterij Neutron Depth Profiling (NDP) toe te passen om de ionen(bewegingen) in kaart te brengen.’
‘We gebruiken hiervoor neutronen die worden geleverd door de Delftse onderzoeksreactor. Als een afschoten neutron op gevangen wordt door een Li-ion, splitst dit in een tritiumkern en een heliumkern. Die twee deeltjes kunnen we vervolgens detecteren waaruit we dunnen afleiden hoe de Li-ionen zich bewegen in de batterij. Dit geeft unieke inzichten in hoe Li-ionen bewegen in de batterij onder realistische (laad)omstandigheden. We waren vooral geïnteresseerd in de interne weerstand in de batterij, die bepaalt hoe langzaam en efficiënt het opladen en ontladen verloopt.’

Wagemaker: ‘Afhankelijk van de laadsnelheid, blijken verschillende processen in de batterij bepalend te zijn voor die interne weerstand. Het blijkt verder dat er in principe drie methodes zijn waarmee je de interne weerstand positief kunt beïnvloeden en de batterij dus efficiënter kunt maken. Deze drie methodes, die vrij eenvoudig zijn uit te voeren, zijn het aanpassen van de deeltjesgrootte van de elektrode, het aanpassen van het Li-ion geleidingsvermogen van de elektrode en de elektronische geleidbaarheid van de elektrode’.

Het onderzoek heeft dus voor het eerst in kaart gebracht welke eigenschappen de batterij het beste kan hebben voor een bepaalde toepassing. Als je in een bepaalde toepassing bijvoorbeeld snel wilt kunnen laden, moet je de batterij anders bouwen dan wanneer die laadsnelheid minder belangrijk is. De nieuwe inzichten zijn vrij direct toepasbaar in de praktijk, denkt Wagemaker. ‘Eigenlijk is het een kant-en-klaar recept voor de producenten van batterijen om hun product te verbeteren. Ook al zou dat maar een paar procent verbetering betekenen, dan levert dit wereldwijd gezien toch al een enorme efficiency-winst op.’


Geen opmerkingen:

Mogelijk gemaakt door Blogger.