Je smartphone in een minuut opladen: het klinkt te mooi om waar te zijn. Maar dankzij een door wetenschappers ontwikkelde aluminium-ion-accu kan het zomaar werkelijkheid worden.
Aluminium is relatief goedkoop en dus zagen onderzoekers een batterij op basis van aluminium wel zitten. Maar ondanks hun enthousiasme lukt het ze al tientallen jaren niet om een werkelijk goede aluminium-ion-accu te ontwikkelen. Het grootste struikelblok is dat de accu herhaaldelijk moet kunnen worden opgeladen en dat het onderzoekers maar niet lukte om een materiaal te vinden dat ook na herhaaldelijk opladen en leeglopen van de batterij weer voldoende elektrische spanning kon leveren. Maar onderzoekers van Stanford University denken dat probleem nu te hebben opgelost.
Grafiet
Een aluminium-ion-accu bestaat uit twee elektroden. Een negatief geladen anode (van aluminium) en een positief geladen kathode. “Mensen hebben verschillende materialen geprobeerd voor de kathode,” vertelt onderzoeker Hongjie Dai. “Wij ontdekten per ongeluk dat een simpele oplossing schuilt in het gebruik van grafiet – wat in feite koolstof is.”
Laadtijd
Het resultaat is een aluminium-ion-accu die zo’n 7500 keer kan worden opgeladen zonder capaciteit te verliezen. Dat is een aanzienlijke verbetering: eerdere aluminium-ion-accu’s werden na 100 keer opladen al minder effectief. Het is ook beter dan de gemiddelde lithium-ion-accu die na zo’n 1000 keer opladen ‘op’ is. De nieuwe aluminium-ion-accu heeft bovendien een laadtijd die bijna te mooi is om waar te zijn. De onderzoekers stellen dat hun accu tijdens experimenten soms maar één minuut nodig had om op te laden.
Nog meer voordelen
Maar de aluminium-ion-accu heeft meer voordelen. Zo is deze volgens de onderzoekers aanzienlijk veiliger dan de conventionele lithium-ion-accu. “Lithium-ion-accu’s kunnen brandgevaarlijk zijn,” vertelt Dai. “Onze nieuwe batterij zal niet in brand vliegen, zelfs niet als je er in boort.” Een andere fijne bijkomstigheid is de flexibiliteit van de accu. “Je kunt ‘m buigen en vouwen, dus deze kan wellicht gebruikt worden in flexibele elektronische apparaten.”
Elektriciteitsnet
Maar de onderzoekers zien niet alleen mogelijkheden voor hun accu in elektronische apparatuur zoals bijvoorbeeld smartphones. De accu zou ook op grotere schaal ingezet kunnen worden. Bijvoorbeeld voor de opslag van duurzame energie. “Het elektriciteitsnetwerk heeft een accu nodig met een lange levensduur die elektriciteit snel kan opslaan en vrijgeven. Onze laatste ongepubliceerde gegevens suggereren dat een aluminium-accu tienduizenden keren opnieuw kan worden opgeladen. Het is moeilijk voor te stellen dat we een enorme lithium-ion-accu bouwen voor de opslag van duurzame energie in het elektriciteitsnetwerk.” De aluminium-ion-accu zou bovendien de alkaline-batterij (die slecht is voor het milieu) kunnen vervangen.
Hoe mooi het allemaal ook klinkt: de aluminium-ion-accu is er nog niet, zo benadrukken de onderzoekers. “Onze accu produceert ongeveer de helft van de elektrische spanning die een typische lithium-accu produceert,” stelt Dai. Daar moet dus nog aan gewerkt worden. “Het verbeteren van het kathode-materiaal zou de elektrische spanning kunnen verhogen. Verder heeft onze accu alles wat je van een accu verwacht: goedkope elektroden, veilig, snel opladen, flexibiliteit en een lange levensduur. Ik zie dit als een nieuwe accu in de kinderschoenen. En dat is opwindend.”
