De markt voor batterijen gaat hard en dat brengt een stijgende vraag naar zeldzame aardmetalen en metalen met zich mee en daar volgens de nodige economische en vooral ethische vragen op.
De Humboldt Universiteit van Berlijn lanceerde daarom een project om natrium-ion batterijen te ontwikkelen. Dit zou een degelijk alternatief kunnen zijn voor de huidige lithium-ion batterijen. Het doel is om tot een batterij te komen die aan de behoeften van een elektrische auto kan voldoen en toch opgebouwd is uit minder kostbare materialen dan de accu’s die vandaag gebruikt worden. Natrium-ion cellen zouden volgens de Duitse wetenschappers een nieuwe oplossingen zijn voor zowel de elektrolyt als de chemische samenstelling van de elektroden, met dezelfde prestaties als lithium-ion.
Professor Philipp Adelhem, hoofd van de onderzoeksgroep, licht het project toe: “Lithiumbatterijen zijn gebaseerd op de accumulatie van lithium-ionen in de anode en de kathode; maar wij zoeken naar andere oplossingen. Wij hebben gekozen voor natrium-ionen omdat die ook voorkomen in keukenzout, dat veel goedkoper en gemakkelijker te vinden is. We werken aan de opslag van natriumionen in een solvaatomhulsel, d.w.z. het oplosmiddel van de elektrolytische oplossing dat de twee elektroden scheidt. Dit maakt geheel nieuwe opslagreacties mogelijk.
Het geheim van de dubbele intercalatie
De methode van het onderzoeksteam noemt intercalatie. Dat wil zeggen dat in de natriumionen een kristalrooster zich ophoopt. Nieuw is dat dit proces, dat tot nu toe beperkt was tot de negatieve elektrode, is uitgebreid tot de positieve elektrode.
Guillermo Ferrero, eerste auteur van de publicatie, zei: “Met titanium disulfide en grafiet hebben we voor het eerst twee materialen gecombineerd die hetzelfde oplosmiddel opnemen en afgeven tijdens het laden en ontladen van de batterij. Dit maakt een batterij mogelijk met twee elektroden die beide steunen op de omkeerbare co-intercalatie van oplosmiddelmoleculen.”
De voordelen zijn legio. Deze co-intercalatie kan de de efficiëntie van de batterij aanzienlijk verbeteren, met betere prestaties en ook een breder werkingsbereik qua temperatuur.
Europa vs. Azië
Zelfs al staat deze natrium-ion batterij nog in haar kinderschoenen, ze geeft Europa wel de kans om een belangrijke rol te spelen bij het ontwerp en de productie van een specifiek type batterij en daarmee voorsprong te nemen op Azië en dan vooral China, dat vandaag de batterijmarkt beheerst. Al is de Humboldt Universiteit niet de enige die iets ziet in deze technologie. Ook tal van Aziatische bedrijven, zoals CATL, werken aan de ontwikkeling van dit type batterij.
Het project van de Humboldt Universiteit wordt gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad in het kader van het Horizon 2020-programma van de EU.