Een lithium-ion-batterij (Li-ion batterij) is klein, vederlicht en levert toch genoeg stroom voor een mobieltje of een I-pod. Helaas duurt het opladen vaak uren. Kan dat niet sneller? Jazeker, zeggen twee wetenschappers van het Massachussettes Institute of Technology (MIT). De truc is om verbruikte lithiumionen sneller terug te sturen naar de goede elektrode, vanwaar ze opnieuw stroom kunnen leveren.

Een Li-ion batterij produceert elektriciteit doordat lithiumionen door de batterij heen reizen. Tegelijkertijd met het lithiumion komt er ook een elektron vrij. Dat elektron verlaat de batterij en levert de benodigde stroom aan je telefoon of I-pod.

Rondweg

De reis van de lithiumionen is éénrichtingsverkeer. Eenmaal aangekomen bij de negatieve koolstofelektrode kunnen de positief geladen ionen niet meer uit zichzelf terug naar hun vertrekpunt, een positieve elektrode van lithium kobalt oxide. Daarvoor is stroom nodig. Dus: telefoon aan de oplader, oplader in het stopcontact, en wachten.

De wachttijd varieert per batterij van een uur tot soms wel een dag. Het duurt zo lang omdat de lithiumionen moeilijk hun weg terug kunnen vinden naar de positieve elektrode. Denk aan een tunnel door een berg: lithiumionen die recht voor de tunnel liggen gaan er meteen doorheen. Maar ionen die niet in de buurt van de tunnel liggen moeten lang zoeken voor ze de ingang vinden.

Het speciale laagje van de onderzoekers, dat bestaat uit lithium ijzer fosfaat, werkt als rondweg langs de berg. De lithiumionen racen over de rondweg en vinden heel snel de tunnelingang. In een experiment bouwden de onderzoekers een batterij die binnen twintig seconden helemaal was opgeladen. Zonder het speciale laagje doen vergelijkbare batterijen daar zes minuten over. Andersom werkt het ook: met het laagje kan de batterij in twintig seconden helemaal ontladen.

Ontladen

De onderzoekers voorzien grote maatschappelijke veranderingen dankzij hun uitvinding. Eén voorbeeld is de elektrische auto. Nu kost het makkelijk een nacht om de accu’s op te laden. De nieuwe lithiumlaag brengt dit terug naar vijf minuten. Ook het snelle ontladen heeft voordelen. Bijvoorbeeld als de elektrische auto net even wat extra kracht nodig heeft bij het optrekken. Maar het mooiste is de snelheid waarmee de batterij op de markt komt. Omdat de lithiumiontechnologie al zolang bestaat, vermoeden de onderzoekers dat het slechts twee tot drie jaar duurt voordat de nieuwe batterij overal te koop is.