Opladen in seconden

Dankzij de vinding van twee Amerikaanse onderzoekers van het MIT zouden lithiumionbatterijen honderd keer sneller opgeladen kunnen worden.

“Ik hoorde het vorige week van een journalist van NRC Handelsblad. Daarna kreeg ik ‘alerts’ van collega’s over de hele wereld”, vertelt dr. Erik Kelder van de vakgroep nanostructured materials bij Technische Natuurwetenschappen. Als het over lithiumion batterijen gaat weet iedereen hem te vinden. Was de vinding van Byoungwoo Kang en Gerbrand Ceder dus groot nieuws? “Het is wel vrij groot nieuws”, zegt Kelder behoedzaam. “De oplossing is niet spectaculair, maar het is interessant dat het gelukt is.” Niet spectaculair? Volgens New Scientist maakt de vinding het opladen van batterijen honderd keer sneller en in een persbericht van Nature zeggen de uitvinders: “Mobiele telefoons zouden in tien seconden opgeladen zijn, terwijl een plug-in hybride auto in slechts vijf minuten oplaadt.”
“Dat staat niet vast”, vindt Kelder. Overdrijven ze dan? “Dat is moeilijk te zeggen.” Betwijfelt hij de vinding? “Niet de vinding, wel de factor honderd.”
Volgens krantenberichten danken de Amerikanen van het Massachusetts Institute of Technology hun succes aan twee verbeteringen: het gebruik van nanostructuren en de toepassing van een bijzondere coating die lithiumionen snellere toegang verschaft tot de kathode (de positieve pool van de batterij).
De batterij, legt Kelder uit, terwijl hij ter illustratie een accusetje van een laptop uit elkaar haalt, bestaat uit een opgerold lint van een koolstoflaag, een ionengeleidende elektrolyt en een metaaloxidelaag. Dat zit opgerold in een aluminium hulsje en ziet eruit als een forse batterij. Tussen de verschillende lagen bewegen de lithiumionen heen en weer. Ze vinden onderdak in de kristalstructuur van het metaaloxide en de koolstof. Bij het opladen gaan ze van plus naar min, bij het ontladen de andere kant op. Alleen gebeurt die opname van lithium niet erg snel, wat de batterijen traag maakt. Door het gebruik van nanostructuren vergroot je het oppervlak en daarmee de opnamesnelheid. Dat is niet nieuw volgens Kelder - als je daar geen gebruik van maakt, krijg je simpelweg geen werkende batterij met deze nieuwe materialen. Wel nieuw is de glasachtige coating die lithiumionen efficiënt de nanokristallen van de kathode inloodst.
Maar dat wil nog niet zeggen dat de hele batterij daarmee honderd keer sneller wordt. De elektrolyt en de anode moeten dan namelijk ook veel sneller werken. “De vraag is of dat gebeurt”, zegt Kelder. “Het kathodemateriaal hebben ze laten zien - nu de rest nog.”
Op het onderzoek van de groep van Kelder heeft de publicatie weinig invloed. Kelder werkt met een andere stof aan de kathode (lithiumnikkelfosfaat) en met cellen met een groter spanningsverschil. Of de aluminiumoxidecoating die hij gebruikt ook zo efficiënt lithium geleidt, kan hij niet zeggen, omdat dat nog niet onderzocht is. Daar kun je ook niet makkelijk iemand voor vrijmaken, legt hij uit. De meeste onderzoekers werken immers op projectbasis, betaald door industrie of NWO. Die kunnen niet zomaar het roer omgooien. Kelder: “Je hebt geen vrij onderzoek meer in Nederland, in elk geval niet in Delft.”