Deze bestanddeel van tandpasta zou ervoor kunnen zorgen dat de batterijen van je elektrische auto langer meegaan

Antonio Roncero @roncero_antonio 30 June 2023 3 min.

Niet met kobalt, lithiumpolymeer of vaste stof: en wat als het verkrijgen van duurzamere batterijen net zo eenvoudig zou zijn als het gebruik van fluor voor de elektrolyt?

Als ik het over fluor heb, denk je waarschijnlijk meteen aan tandpasta. Dit chemische element, dat wordt verkregen door het verwerken van het mineraal fluoriet, wordt inderdaad gebruikt om tandpasta te maken, omdat het helpt cariës te voorkomen. Het is echter niet het enige gebruik: fluor wordt bijvoorbeeld ook gebruikt om water te zuiveren, voor de productie van verdovingsmiddelen, in verlichtingssystemen, voor de bouw van koelsystemen… En het zou binnenkort wel eens een sleutelelement kunnen worden in de productie van batterijen voor elektrische auto’s.

Alles begint bij onderzoek van de afdeling Chemische Wetenschappen en Engineering van het Argonne National Laboratory, het eerste nationale onderzoekslaboratorium voor wetenschap en techniek in de Verenigde Staten, gevestigd in Illinois. Hier hebben de onderzoekers een toepassing ontdekt van hetzelfde fluor dat je tandglazuur beschermt, zodat de batterijen van elektrische auto’s veel langer meegaan.

Zo werkt een lithiumbatterij

Om beter te begrijpen wat fluor kan betekenen voor de productie van batterijen, bekijken we eerst hoe een lithiumbatterij werkt. Alle lithiumbatterijen hebben de volgende onderdelen: anode of negatieve elektrode, kathode of positieve elektrode en elektrolyt, dat fungeert als scheidingslaag tussen de twee bovengenoemde elektroden en de stroom van lithiumionen van de anode naar de kathode mogelijk maakt, waardoor een potentiaalverschil ontstaat dat elektrische stroom opwekt.

In het voortdurende zoeken naar alternatieve chemische samenstellingen die batterijen met een hogere energiedichtheid mogelijk maken, lijkt de oplossing te liggen bij batterijen met lithiummetalen anodes, in plaats van het gebruikelijke grafiet. In deze batterijen bestaat de kathode uit een metaaloxide dat meestal nikkel, kobalt en mangaan bevat. Maar het probleem is dat de hoge energiedichtheid van dit type batterijen snel afneemt naarmate ze herhaaldelijk worden opgeladen en ontladen, doordat de anode degradeert als gevolg van de oplosmiddelen en zouten in de elektrolyten.

Fluor tegen cariës… en ter bescherming van de anode van de batterij

De onderzoekers van Argonne hebben ontdekt dat door de waterstofatomen in de elektrolyt te vervangen door gefluoreerde componenten, de interne werking van de batterij aanzienlijk verbetert. Er ontstaat dan een beschermende laag op de elektroden, waardoor het aantal laad- en ontlaadcycli kan toenemen met behoud van hoge prestaties en dus een langere levensduur. Concreet wordt een nieuw gefluoreerd oplosmiddel gebruikt, opgebouwd uit positieve en negatieve ionen.

Voorlopige simulaties op een supercomputer tonen aan dat het gefluoreerde bestanddeel zich hecht aan en ophoopt op de oppervlakken van de anode en de kathode tijdens de laad- en ontlaadcycli van de batterij, waarbij een beschermende laag ontstaat die van grote weerstand is en sterker is dan die met conventionele elektrolyten. Essentieel is de verhouding tussen het fluoride-oplosmiddel en het lithiumzout perfect af te stemmen, zodat deze beschermlaag niet te dun en niet te dik is, en lithiumionen gedurende honderden cycli efficiënt tussen de elektroden kunnen bewegen tijdens het laden en ontladen van de batterij. Dat lijkt geen probleem te zullen vormen.

Daarnaast heeft het nieuwe, op fluor gebaseerde elektrolyt als extra voordelen dat het goedkoop is, omdat het in één stap met grote zuiverheid en opbrengst kan worden geproduceerd, minder oplosmiddelen nodig heeft dan traditionele elektrolyten, wat gunstig is voor het milieu, en veiliger is omdat het niet brandbaar is.

Gerelateerde informatie

Deja un comentario