'Onzichtbaar' batterijmateriaal nu tóch zichtbaar: doorbraak verlengt levensduur lithium-ionbatterijen

In dit artikel:

Onderzoekers van de University of Oxford, onder leiding van Stanislaw Zankowski, hebben een methode ontwikkeld om de nauwelijks zichtbare polymeren (binders) in de negatieve elektroden van lithium-ionbatterijen zichtbaar te maken. De resultaten, gepubliceerd in Nature Communications, geven voor het eerst gedetailleerd inzicht in hoe deze lijmstoffen — minder dan 5% van het celgewicht — zich verdelen en gedragen, en laten zien dat kleine aanpassingen grote gevolgen hebben voor prestaties en levensduur.

Het team markeerde cellulose- en latexgebaseerde binders met sporen van zilver en broom, waardoor ze unieke signalen geven in röntgenspectroscopie. Met aanvullende elektronenmicroscopie konden ze vervolgens de verdeling en het oppervlaksgedrag op nanoschaal bestuderen. Ze zagen bijvoorbeeld dat extreem dunne lagen carboxymethylcellulose (CMC) van ongeveer 10 nm tijdens productie vaak fragmenteren, wat leidt tot ongelijkmatige coating en verminderde prestaties.

Praktisch belangrijke bevindingen: door alleen het mengen en droogproces van de slurry aan te passen kon de interne ionische weerstand met tot 40% worden verlaagd — een sleutel voor sneller opladen. De methode is bruikbaar voor graphite-, silicium- en SiOx-anodes, en kan daarmee toegepast worden in onderzoek en productie van zowel consumentenelektronica als elektrische voertuigen en grootschalige opslag. De onderzoekers combineerden chemie, elektronenmicroscopie, elektrochimische tests en modellering en hebben patent aangevraagd op de kleuringstechniek.

Kortom: wat vroeger een ‘zwarte doos’ was — de bijna onzichtbare binders — is nu in beeld gebracht, waardoor fabrikanten en wetenschappers gerichter kunnen optimaliseren voor snellere, duurzamere en betrouwbaardere lithium-ionbatterijen.