In de huidige energiecrisis is de elektrificatie van de mobiliteitssector een mijlpaal, omdat deze ook bijdraagt aan het milieu, aangezien de uitstoot van broeikasgassen wordt geëlimineerd. Er is echter een probleem, namelijk de opslag van energie, waarvoor slechts één oplossing bestaat: lithiumbatterijen. Maar deze uitvinding belooft daar verandering in te brengen en is ontwikkeld door een groep wetenschappers die de toekomst in handen hebben.
Lithium gebruikt in batterijen voor elektrische auto’s
Dit metaal heeft uitstekende eigenschappen waardoor het op grote schaal wordt gebruikt, met name in de productie van oplaadbare batterijen voor elektrische auto’s. Het is onder meer zeer reactief, licht en heeft een zeer hoge energiedichtheid, waardoor de elementen waarin het is verwerkt op zeer efficiënte wijze energie kunnen opslaan en vrijgeven wanneer dat nodig is.
Om deze redenen is het een essentiële grondstof geworden voor de energietransitie naar duurzame mobiliteit, waar momenteel veel vraag naar is. Maar ondanks al deze voordelen heeft het als nadeel dat de winning ervan zeer vervuilend is. Nu is er echter een voorstel om andere materialen te gebruiken die het efficiënter kunnen vervangen.
Een nieuwe technologie voor energieopslag in elektrische auto’s
Een team van wetenschappers van het Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram en de universiteiten van Baylor en Rice heeft een nieuwe technologie ontwikkeld die is gebaseerd op natrium- en kaliumstructuren in de vorm van schijven en kegels die in batterijen kunnen worden ingebouwd om de efficiëntie en duurzaamheid ervan te verhogen, evenals de veilige opslagcapaciteit.
Om te beginnen is grafiet, is grafiet, ondanks dat het een zeer stabiel en isolerend materiaal is (zeer gewaardeerd als vervanging voor hard en zacht koolstof, waardoor Spanje naar verluidt momenteel een grote fout begaat), een basiscomponent in de constructie van lithiumbatterijen, maar het is nutteloos voor de opslag van kalium- of natriumatomen, omdat deze groter zijn dan lithiumatomen en dus niet in de lagen passen.
Het kan dus niet worden gebruikt in deze batterijen wanneer de natrium- en kaliumatomen hun oorspronkelijke vorm hebben. Daarom stelde het onderzoek voor om de vorm van de microstructuren te veranderen in gebogen structuren, zoals schijven en kegels, waardoor ze stabiel in de grafietlagen konden worden ingebracht zonder dat ze chemisch hoefden te worden gedoteerd. De resultaten van laboratoriumtests waren uitstekend.
Deze structuren vertoonden namelijk een opslagcapaciteit van 230 mAh/g met alleen natrium. Na 2000 snelle oplaadcycli hadden ze een retentie van 151 mAh/g, wat bijna het dubbele is van wanneer lithium werd gebruikt. Uit kernspinresonantie kon worden afgeleid dat de ionen zich binnen het materiaal verplaatsten zonder het te beschadigen. Hiermee werd aangetoond dat natrium in zuivere koolstof kan functioneren.
Schaalbaarheid van de productie met een lage milieu-impact
Natrium en kalium zijn twee materialen die in de natuur in overvloed aanwezig zijn en zeer goedkoop zijn, wat de productiekosten verlaagt, terwijl bij lithium het tegenovergestelde het geval is. Deze eigenschappen maken het productieproces zeer schaalbaar. Bovendien veroorzaakt de winning ervan geen vervuiling, wat milieuproblemen voorkomt.
Kortom, het gebruik van lithium in de productie van batterijen (hoewel men zegt dat de toekomst niet aan dit materiaal ligt, maar aan deze zwarte “tandpasta”) zal worden afgeschaft, omdat het ondanks zijn voordelen zeer duur is en de winning ervan zeer vervuilend is. Met deze nieuwe methode kunnen natrium- en kaliumbatterijen worden gemaakt door de vorm van de moleculen aan te passen zodat ze in de grafietlagen passen.
