Lithium-ion-accu’s die oververhit raken en in brand vliegen: dankzij wetenschappers van Stanford University kan dat scenario wel eens snel verleden tijd zijn.

De onderzoekers hebben een lithium-ion-accu ontwikkeld die zichzelf afhankelijk van zijn temperatuur in- en uitschakelt. Nog voor de accu oververhit raakt, schakelt deze zichzelf uit. Wanneer de temperatuur van de accu vervolgens voldoende is afgenomen, wordt de accu vanzelf weer actief.

Prestaties
“Mensen hebben verschillende dingen geprobeerd om het probleem van brand in lithium-ion-accu’s op te lossen,” vertelt onderzoeker Zhenan Bao. Dit is echter de eerste accu die afhankelijk van de temperatuur van de accu herhaaldelijk in- en uitgeschakeld kan worden, zonder dat de prestaties van de accu achteruit hollen.

Eerdere pogingen
Een lithium-ion-accu bestaat doorgaans uit twee elektroden en elektrolyt: een chemische verbinding die elektrische stroom geleidt. Wanneer een accu te vaak wordt opgeladen, kan de temperatuur zeer hoog oplopen. Wanneer de temperatuur zo’n 150 graden Celsius bereikt, kan de elektrolyt vlam vatten. Om dat te voorkomen, probeerden onderzoekers eerder al vlamvertragers aan de elektrolyt toe te voegen. En weer andere onderzoekers bedachten een ‘slimme’ accu die een waarschuwing afgeeft wanneer deze te warm dreigt te worden. Maar al die oplossingen hebben één beperking: als de accu toch oververhit raakt, is het einde verhaal. “De accu functioneert niet meer als deze te warm is geworden,” vertelt onderzoeker Yi Cui.

Hoe werkt de nieuwe accu?
De nieuwe accu heeft die beperking niet. Simpelweg omdat deze niet oververhit kan raken. En dat allemaal dankzij een bijzondere temperatuursensor. Deze sensor bestaat uit plastic materiaal (in dit geval polyethyleen) met daarin deeltjes nikkel. Op het oppervlak van die deeltjes bevinden zich nano-stekels. De onderzoekers voorzagen de deeltjes van een grafeen-coating en stopten ze vervolgens in een dun laagje elastisch polyethyleen. “We maakten het laagje polyethyleen vast aan één van de elektroden in de accu, zodat een elektrische stroom er doorheen kon stromen,” legt onderzoeker Zheng Chen uit. “Om elektriciteit te kunnen geleiden, moeten de stekelige deeltjes elkaar aanraken.” Maar wanneer de accu opwarmt, zet het polyethyleen uit, waardoor de deeltjes verder uit elkaar komen te liggen en elkaar niet meer kunnen aanraken. Het laagje polyethyleen geleidt dan geen elektrische stroom meer en de accu werkt niet langer. Wanneer de accu vervolgens afkoelt, krimpt het polyethyleen weer. De ‘stekelige deeltjes’ maken weer contact en de accu gaat weer aan het werk.

Experimenten hebben aangetoond dat het hele idee werkt. Wanneer de accu zodanig werd verhit dat deze warmer dan 70 graden Celsius werd, zette het polyethyleen uit en werkte de accu niet langer. Zodra de temperatuur onder de 70 graden Celsius zakte, ging de accu weer elektriciteit genereren.