Wetenschappers van de Universiteit van Harvard hebben een nieuw type vaste-stof batterij ontwikkeld met behulp van vaste elektroden en een vaste elektrolyt, in tegenstelling tot het gebruik van vloeibare elektrolyten of polymeergels in conventionele lithium-ion of polymeer batterijen die de meeste van onze huidige apparaten van stroom voorzien. Vaste-stof batterijen hebben in het verleden veel uitdagingen gekend, zoals brandbaarheid, beperkte voltage, lage efficiëntie en zwakke structurele stabiliteit, die hun brede acceptatie hebben belemmerd.
Onlangs is er een doorbraak bereikt en heeft het team een kleine, hoogwaardige batterij ter grootte van een postzegel gecreëerd, die meer dan 6000 oplaad-ontlaadcycli kan weerstaan en tot 80% van zijn capaciteit behoudt. Deze batterij kan in slechts 10 minuten volledig worden opgeladen, wat de prestaties overtreft van de gemiddelde smartphone die meestal rond de 300 tot 500 cycli meegaat.
Het onderzoek specificeert niet of en wanneer deze batterijen beschikbaar zullen komen, maar de technologie is in licentie gegeven aan Adden Energy, een spin-off van Harvard University mede-opgericht door professor Xin Li, een materiaalkundeprofessor aan SEAS, en drie Harvard-afgestudeerden.
Het tijdperk van de lithium-ion technologie nadert zijn einde. Vaste-stof batterijen zijn geen nieuwe technologie en worden al sinds de 19e eeuw ontwikkeld. Maar zelfs de nieuwste versies vormen een bedreiging, omdat ze gemakkelijk kortsluiting kunnen maken of kunnen ontbranden door de vorming van dendrieten op het oppervlak van de anode. Dendrieten kunnen als wortels groeien en uiteindelijk de barrière bereiken die de anode van de kathode scheidt, waardoor schade ontstaat.
De vorming van dendrieten treedt op tijdens het opladen wanneer lithium-ionen van de kathode naar de anode migreren en daar aan het oppervlak blijven plakken door middel van een proces genaamd plating. Dit plating gedraagt zich als tandsteen op tanden, waardoor een oneffen oppervlak ontstaat dat de batterij zelfs kan beschadigen. Tijdens het ontladen moet dit plating worden verwijderd, wat leidt tot de vorming van gaten en kloven, waardoor het risico op plating en schade wordt vergroot.
Eerder stelde het team een oplossing voor: het ontwerpen van een meerlaagse batterij waarbij verschillende materialen tussen de anode en kathode worden geplaatst. Deze aanpak vertraagt echter alleen de accumulatie van lithium dendrieten en voorkomt dat ze doordringen.
Nieuw onderzoek suggereert een effectievere manier om dit probleem op te lossen door gebruik te maken van microscopische siliciumdeeltjes. Professor Li zei: “In ons project wikkelt lithiummetaal zich om het siliciumdeeltje als een harde chocoladeschaal rond een truffelkern.”
Hoewel deze methode effectief is gebleken, onderzoekt het onderzoeksteam ook het gebruik van andere materialen, zoals zilver, die mogelijk vergelijkbare prestaties kunnen bieden en gemakkelijker of goedkoper te produceren zijn.
Het team heeft de technologie succesvol opgeschaald om een batterij ter grootte van een smartphone te maken die nog in ontwikkeling is, maar die kan leiden tot ongelooflijke vooruitgang in draagbare elektronica.
Elektrische dromen. De vooruitgang die het onderzoeksteam van Harvard heeft geboekt op het gebied van vaste-stof batterijen opent enorme mogelijkheden voor de toekomst van energieopslag. Doorbraken die lang bestaande problemen met deze batterijen aanpakken, kunnen een tijdperk van langdurige en efficiëntere energiesystemen inluiden, die onze telefoons, computers en zelfs transport volledig kunnen transformeren en energie veiliger, efficiënter en duurzamer kunnen maken.
Veelgestelde vragen (FAQ) op basis van de belangrijkste onderwerpen en informatie uit het artikel:
1. Wat is het belang van vaste-stof batterijen?
– Vaste-stof batterijen zijn een nieuw type batterij dat gebruikmaakt van vaste elektroden en een elektrolyt. Ze bieden potentiële voordelen ten opzichte van conventionele lithium-ion of polymeer batterijen, zoals een lager brandrisico, een hogere capaciteit en sneller opladen.
2. Wat zijn de uitdagingen waar vaste-stof batterijen mee te maken hebben?
– Vaste-stof batterijen hebben diverse uitdagingen, waaronder brandbaarheid, beperkt voltage, lage efficiëntie en zwakke structurele stabiliteit. Deze factoren hebben hun brede acceptatie in het verleden belemmerd.
3. Wat zijn de nieuwste ontwikkelingen in vaste-stof batterijen?
– Het onderzoeksteam van de Universiteit van Harvard heeft een kleine, hoogwaardige batterij gecreëerd die meer dan 6000 oplaad-ontlaadcycli kan weerstaan en tot 80% van zijn capaciteit behoudt. Deze batterij kan in slechts 10 minuten volledig worden opgeladen en overtreft daarmee de prestaties van de gemiddelde smartphone.
4. Zullen vaste-stof batterijen binnenkort beschikbaar zijn?
– Het artikel geeft geen specifieke datum voor de commerciële beschikbaarheid van deze batterijen, maar de technologie is in licentie gegeven aan Adden Energy, een spin-off van Harvard University.
5. Wat zijn dendrieten en hoe beïnvloeden ze de prestaties van batterijen?
– Dendrieten zijn structuren die zich vormen op het oppervlak van de anode tijdens het opladen van de batterij. Ze kunnen groeien en de barrière bereiken die de anode van de kathode scheidt, wat schade veroorzaakt en de batterij-efficiëntie vermindert.
6. Hoe proberen wetenschappers het dendrietprobleem op te lossen?
– Wetenschappers hebben verschillende oplossingen voorgesteld, zoals meerlaagse batterijen, om de accumulatie van dendrieten te voorkomen. Ze onderzoeken nu echter het gebruik van siliciumdeeltjes die lithiummetaal omhullen om dendrietvorming te voorkomen.
7. Welke andere materialen kunnen er worden gebruikt in vaste-stof batterijen?
– Onderzoekers onderzoeken ook het gebruik van andere materialen, zoals zilver, die mogelijk vergelijkbare prestaties kunnen bieden en gemakkelijker op grote schaal kunnen worden geproduceerd.
8. Wat zijn de vooruitzichten voor vaste-stof batterijen?
– Vooruitgang in het veld van vaste-stof batterijen opent enorme mogelijkheden voor de toekomst van energieopslag. Ze kunnen leiden tot langdurige en efficiëntere energiesystemen die onze telefoons, computers en transport voorgoed zullen transformeren en energie veiliger, efficiënter en duurzamer kunnen maken.
Aanbevolen gerelateerde links:
– Adden Energy (in licentie gegeven aan Adden Energy, een spin-off van Harvard University)
– SEAS (hoofdpagina van Harvard University)
– Harvard University
The source of the article is from the blog rugbynews.at