Een doorbraak in organische lithiumbatterijen: stabiele prestaties van -70°C tot 80°C.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Xu Yunhua van de Universiteit van Tianjin, in samenwerking met het team van professor Huang Fei van de Zuid-Chinese Technische Universiteit en andere instellingen, heeft met succes een nieuw type organisch kathodemateriaal ontwikkeld. Hiermee worden de al lang bestaande knelpunten overwonnen die de praktische toepassing van traditionele organische lithiumbatterijen beperkten, zoals een lage energiecapaciteit en een langzame laadtijd. De bevindingen werden op 19 februari (Beijing-tijd) online gepubliceerd in het internationale wetenschappelijke tijdschrift Nature.

In het tijdperk van technologische revolutie en energietransitie zijn lithiumbatterijen uitgegroeid tot het "energiehart" van de moderne samenleving en spelen ze een steeds belangrijkere rol. De meeste gangbare kathodes voor lithiumbatterijen worden momenteel gemaakt van anorganische mineralen zoals kobalt en nikkel, die echter met diverse uitdagingen te maken hebben, waaronder schaarste, hoge kosten en beperkte flexibiliteit. Organische elektrodematerialen bieden daarentegen voordelen zoals ruime beschikbaarheid, een flexibel moleculair ontwerp en inherente zachtheid. Batterijen die deze materialen gebruiken, kampen echter vaak met een onvoldoende energiecapaciteit of een trage laadtijd, wat hun commercialisering aanzienlijk belemmert.

Om dit dilemma aan te pakken, bouwde het onderzoeksteam voort op een nieuw geleidend polymeermateriaal en optimaliseerde systematisch de efficiëntie van het "synergetische transport" van elektronen en lithiumionen binnen het materiaal. Dit leidde tot de succesvolle ontwikkeling van een organisch kathodemateriaal dat een uitstekende elektronische geleidbaarheid, snel lithiumionentransport en een hoge energieopslagcapaciteit combineert.

Met behulp van dit materiaal fabriceerde het team een organische pouchcel met een energiedichtheid van meer dan 250 wattuur per kilogram – waarmee de veelgebruikte lithiumijzerfosfaatbatterijen (LFP) werden overtroffen. De batterij vertoonde een opmerkelijk temperatuuradaptief vermogen en functioneerde stabiel over een breed temperatuurbereik van -70 °C tot 80 °C. Ook bleek de batterij flexibel en veilig te zijn.

Prestatiegrafiek van de organische pouchcel. (Afbeelding) (aangeleverd door de Universiteit van Tianjin)

Uit experimenten bleek dat de elektroden onbeschadigd bleven bij buigen, strekken en externe compressie, zonder capaciteitsverlies. Bovendien doorstond de pouchcel strenge veiligheidstests met penetratie door een spijker, waarmee de veiligheidsprestaties werden bevestigd.

Professor Xu Yunhua merkte op dat deze resultaten een cruciale materiële basis leggen voor de toekomstige ontwikkeling van 'groene batterijen'. De flexibele eigenschappen van het materiaal bieden bovendien nieuwe mogelijkheden voor energieopslag in opkomende gebieden zoals flexibele elektronica en draagbare apparaten.

Volgens berichten versnelt het team de inspanningen om de technologie om te zetten in praktische toepassingen en industrialisatie te bevorderen. Ze werken aan de opzet van productielijnen voor organische pouch-cellen en onderzoeken actief het commerciële potentieel ervan.