Silicium MXene in Lithium-ion batterij kan de laadlevensduur nog eens met 40% verhogen

Bij de nieuwste lithium-ion batterijen die op de markt zullen komen, zal de laadlevensduur van de batterijen in telefoons en elektrische auto’s waarschijnlijk nog eens met 40% kunnen verlengen. Dit resultaat komt er na meer dan 10 jaar van incrementele verbeteringen: de grafiet-anode van de batterij wordt vervangen door een anode van silicium, specifiek MXene genoemd.

Onderzoek aan de Drexel University en Trinity College in Ierland suggereert dat een grotere verbetering is te verwachten als het silicium verrijkt is met een speciaal type materiaal dat MXene heet.

Mxene

MXenes, ontdekt in 2011,  zijn gemaakt van een bulkkristal met de naam MAX. In tegenstelling tot de meeste 2D-keramiek, hebben MXenes inherent goede geleidbaarheid omdat de moleculaire vellen zijn gemaakt van carbiden en nitriden van overgangsmetalen zoals titanium. Dit biedt hen een enorm potentieel in de volgende generatie opslagtoepassingen voor energie.

Door nieuwe elektrodenontwerpen met MXene-materiaal kunnen batterijen veel sneller opladen. De sleutel is een microporeus ontwerp dat ervoor zorgt dat ionen snel hun weg kunnen vinden naar redox-actieve sites. (Afbeelding: Drexel University)
Door nieuwe elektrodenontwerpen met MXene-materiaal kunnen batterijen veel sneller opladen. De sleutel is een microporeus ontwerp dat ervoor zorgt dat ionen snel hun weg kunnen vinden naar redox-actieve sites. (Afbeelding: Drexel University)

Deze aanpassing zou de levensduur van Li-ion-batterijen tot 5 keer kunnen verlengen. Het is mogelijk vanwege het vermogen van het tweedimensionale MXene-materiaal om te voorkomen dat de siliciumanode tijdens het laden uitzet tot het breekpunt – een probleem dat het gebruik ervan al geruime tijd blokkeert:

In batterijen wordt de lading vastgehouden in de elektroden – de kathode en de anode – en afgeleverd aan onze apparaten wanneer ionen van anode naar kathode gaan. De ionen keren terug naar de anode wanneer de batterij wordt opgeladen. De levensduur van de batterij is gestaag toegenomen door manieren te vinden om het vermogen van de elektroden om meer ionen te verzenden en te ontvangen te verbeteren.

Bronnen

Bewerking Rudi Van Overloop voor Camperland.be