‘Gevangen’ ionen doen batterij in kracht afnemen

De batterij blijft de achilleshiel van elektrische wagens en fietsen. Hoewel de nieuwste lithiumbatterijen voldoende capaciteit hebben om een aanvaardbare actieradius te garanderen, nemen hun prestaties na veelvuldig op- en afladen snel af. Onderzoekers van UAntwerpen en het Collège de France hebben nu ontdekt hoe dat komt.

De nieuwste batterijen zijn gebaseerd op lithiumrijke gelaagde oxides. 'Die zijn 15 procent krachtiger dan klassieke lithiumbatterijen, maar de spanning van de batterijen neemt snel af bij veelvuldig op- en afladen', vertelt professor Staf Van Tendeloo van de UAntwerpen, die samen met collega's van het Collège de France (Parijs) de oorzaak van die spanningsval achterhaalde.

'Door middel van geavanceerde elektronenmicroscopie ziet men hoe metaalionen heen en weer springen tussen de laagjes metaal en de laagjes lithium. Bij laden en ontladen worden die metaalionen soms gevangen in de tussenholtes en zijn er bij elke cyclus minder ‘vrije’ metaalatomen. Daardoor ontstaat een verlaagde spanning.'

Het staat nu vast dat de oorzaak van de verminderde spanning rechtstreeks samenhangt met de metaalatomen die 'gevangen' worden bij het laden of ontladen. 'De volgende stap is dus duidelijk: zorg ervoor dat de metaalatomen minder gehinderd worden', stelt de fysicaprofessor. 'Dat kan door andere metaalatomen te kiezen of door het zuurstofrooster aan te passen. Precies wat we nu gaan proberen.'

Het onderzoek verschijnt in Nature Materials.