De volgende generatie Lithium-ion batterijen gebaseerd op nano deeltjes van ijzer oxide kunnen de actieradius van elektrische auto’s verhogen.
Elektrische auto’s hebben vele voordelen voor het milieu maar kunnen op het gebied van bereik nog niet volledig de competitie aan met de fossiele brandstof aangedreven voertuigen. De suprieure eigenschappen van de elektrische auto worden door dit inmiddels overschatte probleem nog wat onderbelicht. Door de energie opslag capaciteit van de batterijen verder te vergroten en het laden van de batterijen te versnellen, kan de de elektrische auto ook dit laatste obstakel overwinnen. Voorwaarde daarbij is wel dat de batterijen milieuvriendelijke en goedkoop moeten zijn.
Een nieuwe elektrode gemaakt van nanodeeltjes van ijzer-oxide kan deze ontwikkeling versnellen.
Het materiaal wat is ontwikkeld in het A*START institute of Materials Research and Engineering in Singapore kan op grote schaal worden gefabriceerd, is goedkoop, niet schaars en heeft een hogere energie dichtheid dan de huidige elektrodes zoals die worden gebruikt in lithium-ion batterijen.
Deze nieuwe batterij voor elektrische auto’s verzorgen de opslag en het vrijgeven van energie door lithium ionen heen en weer te sturen tussen twee elektrodes in een circuit. Tijdens het opladen ontsnappen de lithium ionen van de cathode, die is gemaakt van materialen zoals lithium cobalt oxide. De ionen verplaatsen zich door een vloeibaar electroliet naar de anode, die meestal bestaat uit een zeef gemaakt van grafiet met dunne poriën. Als de batterij wordt ontladen verloopt het proces in omgekeerde richting waarbij een elektrische lading ontstaat tussen de elektroden.
Ijzer oxide heeft een grotere laadcapaciteit dan grafiet, maar het proces verloopt langzamer. Door te laden met hoge capaciteit gaan de anodes bovendien snel kapot. Het onderzoeksteam beredeneerde dat een anode gemaakt van nanodeeltjes ijzer oxide het laden kon versnellen doordat de lithium ionen direct door de poriën konden bewegen. De onderzoekers maakte 5 nanometer grote deeltjes van een ijzer oxide bekend aals α-Fe2O3, door eenvoudig weg ijzer nitraat te verhitten in water. Ze vermengden de deeltjes met een stof genaamd carbon black, verbonden deze twee stoffen met polyvinylidene fluoride en maakte een coating van het geheel op een folie van koper voor het maken van de anodes.
Na de eerste rondes van laden en ontladen vertoonden de anodes een efficiëntie van 75-78%, afhankelijk van de hoogte van de lading die werd gebruikt. Na nog eens 10 rondes verbeterde de efficiëntie echter naar 98%, vrijwel het niveau van commerciële lithium-ion batterijen. Onderzoekers van een ander team gaven aan dat tijdens de eerste cycli de ijzer oxide deeltjes worden opgedeeld tot ze hun optimale formaat hebben bereikt.
Na 230 cycli behield de anode een efficiëntie van 97%, met een capaciteit van 1.009 milliamp uur per gram (mA h g-1), bijna driemaal de capaciteit van commerciële anodes gebaseerd op grafiet. Het materiaal vertoonde geen slijtage zoals dit zich voordoet bij anodes van ijzer oxide.
Het team werkt nu verder aan het optimalizeren van de synthese van de nanodeeltjes en het verhogen van de efficienty van de eerste laad/ontlaad cycli van de anodes.