Scherpe structuren die binnenin lithiumbatterijen groeien, zetten een rem op de verspreiding van energierijke lithium-metaalbatterijen. Wetenschappers ontrafelen hun oorsprong.
Hij mag dan wel een Nobelprijs opgeleverd hebben, perfect is de lithiumbatterij niet. Vanbinnen kunnen zich namelijk dendrieten vormen: boomvormige structuren met priemende uitsteeksels. Heb je pech, dan doorboren die de separator in de batterij, de grens die de chemicaliën aan de pluskant (kathode) scheidt van die aan de minkant (anode). Daarnaast werken ze ongewenste reacties in de hand tussen het lithium en de elektrolyt, een stof waardoor geladen deeltjes (lithiumionen) zich van de kathode naar de anode bewegen. In het slechtste geval veroorzaken dendrieten een kortsluiting of zelfs brand.
Stalagmiet
Aan de Amerikaanse Pacific Northwest National Laboratory ontdekte het team van onderzoeker Chongmin Wang dat de dendrieten zich vormen op de grens tussen het lithium van de anode en de elektrolyt. Ze groeien doordat steeds meer lithiumionen zich opstapelen. Het lijkt een beetje op de manier waarop stalagmieten groeien in een grot. De dynamiek op het grensoppervlak duwt steeds meer lithiumionen naar de groeiende kolom, tot er plots een naald uit schiet.
Lithium-metaalbatterij
Een bepaalde stof in de elektrolyt, ethyleencarbonaat, stimuleert de groei van de dendrieten. Die stof moet net de prestatie van de batterij verbeteren. De onderzoekers stelden vast dat andere toevoegingen de groei konden voorkomen. ‘We willen de groei niet zomaar onderdrukken, we willen ze vermijden’, zegt Wang.
De minieme uitsteeksels vormen momenteel een groot obstakel voor het brede gebruik van lithium-metaalbatterijen in onder meer elektrische wagens, laptops en telefoons. Jammer, want dankzij hun hogere energiedichtheid slaan die in eenzelfde volume meer energie op.
