Doorbraak kan batterijen fors goedkoper maken: ijzer blijkt wondermiddel voor lithium-ion

In dit artikel:

Een team van onderzoekers aan Stanford University heeft ontdekt dat ijzer in een speciaal ontworpen nanomateriaal veel meer elektronen kan uitwisselen dan tot nu toe voor mogelijk werd gehouden. In een studie in Nature Materials beschrijven promovendi Hari Ramachandran, Edward Mu en Eder Lomeli hoe een lithium‑ijzer‑antimoon‑oxidestructuur ervoor zorgt dat ijzeratomen tot vijf elektronen kunnen afstaan en terugnemen — waar voorheen meestal slechts twee of drie elektronen haalbaar waren.

De doorbraak berust op extreem kleine deeltjes (ongeveer 300–400 nm) die uit een zorgvuldig gemengde vloeistof groeien, waardoor de kristalstructuur bij lading- en ontlaadcycli stabiel blijft. Eerder stortten monsters in elkaar tijdens gebruik; door de schaalverkleining buigen de kristallen tijdens laden maar scheuren ze niet, wat cruciaal is voor blijvende levensduur. Spectroscopisch onderzoek wijst er bovendien op dat zuurstof in het materiaal actief meedoet aan het opslaan en teruggeven van lading, waardoor het geheel als één geïntegreerd systeem werkt.

Het belang van de vondst is groot voor batterijtechnologie: ijzer is goedkoop, overvloedig en eenvoudiger te recyclen dan veel gebruikte metalen als kobalt en nikkel, die duur en vaak ethisch problematisch gewonnen worden. Als hoogspanningskathodes op basis van dit ijzermateriaal zich in praktijktests bewijzen, kunnen accu’s zowel krachtiger als goedkoper worden. Daarnaast kan het nieuwe begrip van hoge oxidatietoestanden van overgangsmetalen gevolgen hebben buiten energieopslag, bijvoorbeeld voor toepassingen die afhangen van magnetische en elektronische eigenschappen (MRI, maglev, mogelijk superconductiviteit).

Medeauteur William Chueh noemt het resultaat een fundamenteel nieuw inzicht in het gedrag van overgangsmetalen en een potentiële route naar andere ontwerpstrategieën. Hoewel er nog stappen nodig zijn om de technologie opschaalbaar en commercieel inzetbaar te maken, zou deze vondst wel eens het begin kunnen zijn van een nieuwe rol voor ijzer in duurzame energieoplossingen.