Onverwachte ontdekking lost het grootste probleem van solid-state batterijen op

In dit artikel:

Onderzoekers van Kennesaw State University, onder leiding van Beibei Jiang, hebben een chemische methode ontwikkeld die het transport van lithium‑ionen in solid‑state batterijen aanzienlijk versnelt. Solid‑state accu’s vervangen de brandbare vloeibare elektrolyt door een vaste stof en beloven daardoor meer veiligheid, hogere temperatuurbestendigheid en potentieel grotere energiedichtheid. Een hardnekkig obstakel is echter dat ionen veel langzamer door vaste materialen bewegen dan door vloeistoffen, vooral bij de overgangen tussen keramische en polymeercomponenten van de elektrolyt. Die interfaces veroorzaken extra weerstand en remmen laadsnelheid en prestaties.

In plaats van de volledige batterijarchitectuur te herontwerpen, richtte Jiang’s team zich op het verbeteren van die cruciale interface. Door het composiet te modificeren met zwavelhoudende chemische groepen verbeterde de hechting tussen keramiek en polymeer en daalde de interfaciale weerstand. Dat resulteerde in sneller lithium‑iontransport en dus potentieel kortere laadtijden. Tijdens de proefopstellingen bleek bovendien een sterke chemische interactie tussen zwavel en zirconium in de keramische elektrolyt — een binding die een sleutelrol lijkt te spelen en volgens de auteurs nog niet eerder in dit onderzoekveld was beschreven.

De ontdekking kwam deels toevallig: een onverwachte, snel verlopende reactie in vroege tests leidde het team naar deze aanpak. Jiang verwoordt het beeldend: “Lithium‑ionen zijn als auto’s op een snelweg,” waarmee ze aangeeft dat de zwavelmodificatie de ‘weg’ voor ionen gladder maakt en zo de doorstroming verbetert.

Praktische tests vinden plaats in Jiang’s laboratorium op de Marietta Campus, waar studenten materialen synthetiseren en prototypes in standaard coin cells evalueren. Het project ontvangt financiering via een NSF‑subsidie van 200.000 dollar, aangevuld met interne middelen. De onderzoekers benadrukken dat de volgende stap aantonen van langetermijnstabiliteit en reproduceerbaarheid is; pas daarna volgt opschaling richting industriële toepassing.

Als de methode robuust blijkt, kan deze relatief eenvoudige aanpassing van interfaciale chemie solid‑state batterijen dichter bij commercieel gebruik brengen, met name voor toepassingen waar veiligheid en snelle laadtijden cruciaal zijn, zoals elektrische voertuigen en grootschalige energieopslag.