De Chinese accugigant CATL meldt dat het een veelbelovende stap heeft gezet in de ontwikkeling van lithium-metaalaccu’s. Dankzij een nieuwe elektrolytformule verdubbelt de levensduur van deze energiedichte accutypes naar 483 laadcycli, zonder in te leveren op capaciteit. De bevindingen bieden perspectief voor toepassingen in elektrische auto’s, luchtvaart en andere sectoren waar accuprestaties cruciaal zijn.
Levensduur dankzij vernieuwd elektrolyt verdubbeld
Lithium-metaalaccu’s worden, ook al hoor je er niet zo veel over, al jaren gezien als een van de opvolgers van de huidige lithium-iontechnologie. Dit vooral vanwege hun potentieel voor veel hogere energiedichtheid. In de praktijk bleek de levensduur van deze accu’s een hardnekkige bottleneck.
CATL brengt daar nu verandering in door een verfijning van de elektrolyt, het vloeibare medium tussen de anode en kathode. Door het toevoegen van een laagmoleculair verdunningsmiddel (BTFE) kon het gehalte van het actieve LiFSI-zout worden verhoogd, zonder dat de viscositeit toenam of de geleidbaarheid afnam. Dat resulteerde in een prototype dat dezelfde energiedichtheid haalt als zijn voorganger, maar dubbel zo lang meegaat.
Volgens CATL is hiermee voor het eerst een lithium-metaalaccu ontwikkeld die én een energiedichtheid van meer dan 500 Wh/kg haalt, én bestand is tegen langdurig gebruik. De stap is van groot belang voor de opschaling van deze technologie naar commerciële toepassingen.
LiFSI-zout bleek dé cruciale schakel te zijn
Waar onderzoekers voorheen de schuld gaven aan afbraak van het oplosmiddel of de vorming van zogenoemd ‘dood lithium’, blijkt nu dat het LiFSI-zout zélf het grootste knelpunt is. Uit metingen blijkt dat 71 procent van dit zout tijdens het gebruik verdwijnt, en dat die uitputting rechtstreeks leidt tot capaciteitsverlies. Het is voor het eerst dat dit proces zo gedetailleerd is gekwantificeerd.
De metingen zijn uitgevoerd met twee geavanceerde methoden: titration-differential electrochemical mass spectrometry (T-DEMS) en extraction-gas & ion chromatography (E-G&IC). Daarmee werd zichtbaar hoe en in welk tempo het zout degradeert bij normale belasting.
Publicatie in Nature bevestigt wetenschappelijke waarde
De resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke magazine Nature. De studie – getiteld Application-driven design of non-aqueous electrolyte solutions through quantification of interfacial reactions in lithium metal batteries – is uitgevoerd door onderzoekers van CATL’s 21C Lab in samenwerking met een internationaal team. De publicatie toont ook aan dat fundamenteel onderzoek naar nieuwe accutechnologieën steeds meer samenkomt met praktische toepassing.
“We zagen een waardevolle kans om de kloof tussen academisch onderzoek en commerciële accucellen te overbruggen,” zegt Chuying Ouyang, medevoorzitter R&D bij CATL. “Onze bevindingen maken duidelijk dat het zoutgehalte in de elektrolyt van fundamenteel belang is voor de levensduur van de accu.”
Betekenis voor EV’s en luchtvaart
De implicaties van de doorbraak zijn verstrekkend. Met een energiedichtheid van meer dan 500 Wh/kg en een langere levensduur kunnen lithium-metaalaccu’s een aantrekkelijk alternatief worden voor toepassingen waar gewicht en bereik cruciaal zijn. Denk aan elektrische auto’s en vrachtwagens en zelfs elektrische vliegtuigen.
In tegenstelling tot de veelbelovende solid-state-concepten zijn er geen exotische materialen of productieprocessen nodig voor de technologie die CATL nu presenteert. De verbetering zit in een aanpassing van bestaande componenten. De nieuwe formule van de elektrolyt is ook toe te passen in de huidige productieomgevingen.
“Van black box naar white box”
Volgens CATL laat deze ontwikkeling een omslag zien in de manier waarop accutechnologie wordt begrepen. Waar het gedrag van lithium-metaalaccu’s voorheen onvoorspelbaar bleef, biedt de nieuwe analysemethode inzicht in de precieze afbraakmechanismen. “Wat jarenlang een black box was, is nu een white box geworden,” aldus Ouyang.
De nieuwe inzichten kunnen ook andere accufabrikanten helpen bij het ontwerpen van stabielere accucellen. CATL pleit ervoor dat de accuproducenten naast Coulombic Efficiency – de verhouding tussen de lading die een accu afgeeft en de lading die erin wordt gestopt – ook de houdbaarheid van de elektrolyt als essentieel criterium gaat meewegen.
Afbeelding: archiefbeeld van CATL
Dit artikel verscheen als eerste op: evupdate.nl
