Door de anode van lithium-ion accu’s te maken van een compleet nieuw materiaal, nikkelniobaat, is de laadsnelheid tot wel tien keer te verhogen. Dit concluderen onderzoekers van de Universiteit Twente (MESA+ Instituut). Dit kan zonder het risico dat het anodemateriaal schade oploopt en de accu kapotgaat of minder lang mee gaat. Voordeel van nikkelniobaat is ook nog eens dat de fabricage weinig complex is. De onderzoekers hebben hun eerste ervaringen met accu’s met de nieuwe anode gepubliceerd in Advanced Energy Materials.
Gaat het over beter presterende accu’s, voor elektrisch vervoer of als buffer in het elektriciteitsnet, dan gaat het over sneller op- en ontladen, maar ook over een hogere energiedichtheid die leidt tot compactere en lichtere accu’s. Vaak is het een ‘trade-off’ tussen het een en het ander. Dit dilemma is bijvoorbeeld te zien aan de steeds hogere snelheden bij laadstations aan de snelweg, die voor lang niet alle accu’s geschikt zijn. Wereldwijd is er een zoektocht naar nieuwe materialen, waarbij ook telt dat de productie van een accu nog een stuk duurzamer moet. Het nieuwe materiaal nikkelniobaat (NiNb2O6) blijkt heel aantrekkelijke eigenschappen te hebben en komt ook na vele keren ultrasnel laden gewoon weer terug op het oude niveau. Dit heeft onder meer te maken met de aantrekkelijke ‘open’ en regelmatige kristalstructuur: de kanaaltjes voor ladingtransport zijn identiek.
GEEN COMPLEX NANOMATERIAAL
Dat betekent dat het voordelen heeft ten opzichte van het standaard-anodemateriaal grafiet. Ook dat is een ‘open’ materiaal, en eenvoudig te maken. Maar na een aantal keren te snel opgeladen, komt het niet meer terug op het oude niveau of gaat het zelfs kapot. In de zoektocht naar alternatieven wordt bijvoorbeeld, ook aan de UT, gekeken naar nano-gestructureerde materialen: een nadeel daarvan kan zijn dat die kanalen hebben die ongelijk van grootte zijn. Dit kan ook afzetting van lithium geven, met gaandeweg een teruggang in prestaties tot gevolg. Bovendien is het productieproces complex. Voor nikkelniobaat is geen complexe nanofabricage nodig.
Link magazine editie oktober/november thema 2021: Data is key hoe kan het mkb daar winst mee maken? Lees Link digitaal of vraag een exemplaar op: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl’
SNEL OP- EN ONTLADEN
De snelheidsprestaties gaan echter wel ten koste van het gewicht, maar het is compacter dan grafiet en heeft dus een hogere ‘volumetrische’ energiedichtheid: in de huidige vorm, waarbij de onderzoekers echte accucellen met de nieuwe anode én verschillende kathodematerialen hebben onderzocht, is het type accu vooral gericht als onderdeel in het energienetwerk of als energiebron voor bijvoorbeeld vrachtauto’s. Toepassingen waarbij de laadsnelheid telt, maar ook de ontlaadsnelheid: snel heel veel stroom leveren en ook snel weer terug op niveau. Volgens onderzoeksleider prof Mark Huijben is het ook een interessante optie om, met de nieuwe anode, te kijken naar een alternatief voor lithium, zoals natrium. Hij verwacht dat het goed te combineren is met nikkelniobaat.
Het onderzoek is uitgevoerd in het Twente Centre for Advanced Battery Technology (MESA+ Instituut) van de UT, in samenwerking met de Wuhan University of Technology in China en Forschungszentrum Jülich in Duitsland.
Het paper ‘Nickel Niobate Anodes for High Rate Lithium-ion batteries’, door Rui Xia, Kangning Zhao, Liang-Yin Kuo, Lei Zhang, Daniel Cunha, Yang Wang, Sizhao Huang, Jie Zheng, Bernard Boukamp, Payam Kaghazchi, Congli Sun, Johan ten Elshof en Mark Huijben, is vandaag gepubliceerd in Advanced Energy Materials. Bon UTwente
