Snel ladende grafeen-batterij is perfect voor elektrische wagens

Onderzoekers van het Rensselaer Polytechnisch Instituut maakten een vel papier uit ’s werelds dunste materiaal, grafeen, en gingen vervolgens het papier te lijf met een laser of cameraflits om talloze scheuren, poriën en andere onvolkomenheden te genereren. Het resultaat is een grafeen-anode-materiaal dat uiterst snel kan worden opgeladen of ontladen, wel 10 keer sneller dan met conventionele grafiet anodes die in de hedendaagse (Li)-ion batterijen worden gebruikt.

Herlaadbare (Li)-ion batterijen vindt je in mobiele telefoons, laptops en tablets, elektrische wagens en een hele reeks andere producten. Li-ion batterijen beschikken over een hoge energiedichtheid en kunnen grote hoeveelheden energie bewaren, maar ze lijden wel aan een lage vermogensdichtheid waardoor ze niet in staat zijn om snel te energie aan te nemen of af te voeren. Deze lage vermogensdichtheid is net de reden waarom het ongeveer een uur duurt om je mobieltje op te laden of om je laptop gebruiksklaar te maken. Het is ook de reden waarom elektrische auto-motoren niet alleen op batterijen kunnen rekenen en een supercondensator voor krachtige functies vereisen, zoals voor acceleratie en remmen.

Nikhil Koratkar, een expert in nano-materialen (o.a. grafeen) uit het Rensseselaer onderzoeksteam loste dit probleem op en ontwierp volgens hemzelf een batterij die niet alleen grote hoeveelheden energie kan vasthouden maar die ook nog eens snel kan ontvangen en leveren.

Deze ontdekking zou kunnen leiden tot elektrische auto’s zonder de complexiteit van een koppeling tussen de supercondensator en batterijen, met beter presterende automotoren uitsluitend gebaseerd op uiterst krachtige oplaadbare Li-ion batterijen. Koratkar en zijn team hebben alle vertrouwen in hun nieuwe batterij die door opzettelijk technische defecten in het grafeen een grote stap op weg zet naar de realisatie van dit grootse doel. Dergelijke batterijen kunnen ook aanzienlijk de tijd verkorten om draagbare elektronische apparaten op te laden zoals telefoons en laptops of medische hulpmiddelen die gebruikt worden door paramedici en eerste hulp.

Li-ion accu-technologie is prachtig, maar echt gehinderd door de beperkte vermogens-dichtheid en zijn onvermogen om snel grote hoeveelheden energie te accepteren of te ontladen . Door het gebruik van ons gemanipuleerd defect grafeen-papier in het batterij-platform denk ik dat we deze beperking kunnen helpen overwinnen. zegt Koratkar, een professor in techniek bij Rensselaer.

Wij geloven dat deze ontdekking rijp is voor commercialisering en dat het een aanzienlijke invloed kan hebben op de ontwikkeling van nieuwe accu’s en elektrische systemen voor elektrische auto’s en draagbare elektronica-toepassingen. – Koratkar –

Koratkar wist nog te zeggen dat het proces om deze nieuwe grafeen-papier-anoden voor Li-ion batterijen te maken zeer makkelijk en eenvoudig kan worden opgeschaald naar de behoeften van de industrie. Het materiaal kan elke vorm en grootte aannemen en de foto-thermische blootstelling van laser-of cameraflitsen is een eenvoudig en goedkoop proces om te repliceren.
De onderzoekers hebben een octrooibescherming ingediend voor hun ontdekking. De volgende stap voor dit onderzoeksproject is om het grafeen anodemateriaal te koppelen aan een krachtig kathode-materiaal om een volledige batterij te construeren.

De studie werd gefinancierd door de National Science Foundation, en ondersteund door Koratkar John A. Clark en Edward T.Crossan.

De pracht in dit werk zal wellicht nog uitbreiden na de koppeling met hun ‘krachtig kathode-materiaal’, waarschijnlijk bedoelen ze ook grafeen. Er verschenen namelijk al enkele intrigerende onderzoeksresultaten, weliswaar niet via Rensselaer, die getuigden dat grafeen een uitstekend materiaal zou zijn om te gebruiken als kathode.

Bron: news.rpi.edu