Wetenschappers zagen jarenlang cruciaal proces over het hoofd dat batterijen kan verbeteren

In dit artikel:

Onderzoekers van Columbia University hebben ontdekt dat lithiumionen in de elektrolyt van lithium-ionbatterijen regelmatig clusters vormen. Volgens hun studie, gepubliceerd in Nature, maakt in gangbare elektrolyten tot 40 procent van de lithiumionen deel uit van zulke groepen. Bij hogere zoutconcentraties neemt die clustering toe, hoewel lithiumionen elkaar normaal gesproken elektrisch afstoten. Interacties met oplosmiddelmoleculen lijken de groepsvorming mogelijk te maken.

De ontdekking kan verklaren hoe de zogenoemde solid electrolyte interphase (SEI) ontstaat: een dunne beschermlaag op de anode die lithiumionen doorlaat, maar ongewenste chemische reacties afremt. De onderzoekers berekenden dat lithiumclusters relatief gemakkelijk elektronen opnemen en daardoor waarschijnlijk betrokken zijn bij de reacties die deze laag vormen. De SEI heeft grote invloed op de levensduur, veiligheid en prestaties van accu’s.

Om de verborgen structuren te vinden, combineerden de wetenschappers machinelearning met atomaire simulaties. Met software van Schrödinger konden ze complexe interacties efficiënter modelleren; experimentele metingen bevestigden de voorspelde clusters.

De resultaten bieden nieuwe mogelijkheden om elektrolyten gerichter te ontwerpen, bijvoorbeeld door zoutconcentraties, oplosmiddelen en additieven aan te passen. Dat zou op termijn kunnen leiden tot batterijen met minder capaciteitsverlies en betere snellaadprestaties. De studie bewijst echter nog niet dat bestaande accu’s hierdoor daadwerkelijk sneller laden of langer meegaan. Daarvoor zijn aanvullende tests op volledige batterijcellen nodig.