De Utrechtse scheikundigen ontdekten een manier om de vaste stof lithiumboorhydride (LiBH4) bij kamertemperatuur duizend keer zo geleidend te maken. Dat gebeurde bij toeval, in hun onderzoek naar materialen om waterstof reversibel op te slaan. Eén van de onderzochte materialen was LiBH4 dat werd opgesloten in de minuscule poriën van een nanosilica-spons.
“Op een grensvlak van LiBH4 en silica ontstaat een soort snelweg voor lithium-ionen. Door het LiBH4 in een nanosilica-spons te stoppen, creëer je heel veel grensvlak. Daardoor is de geleiding bij kamertemperatuur ineens duizend keer hoger dan normaal”, legt prof. dr. Petra de Jongh, hoogleraar Anorganische nanomaterialen aan de Universiteit Utrecht, uit.
Extra innovatiekans
Dit LiBH4 in een nanosilica-spons zou de organische vloeistof kunnen vervangen die nu in lithium-batterijen voor het ionentransport zorgt. Door deze organische vloeistof zijn batterijen brandbaar en kunnen ze lekken. Bovendien kan de vloeistof verdampen of reageren, waardoor de levensduur van de batterijen beperkt is. Daarom wordt al enige tijd hard gezocht naar een vaste stof die net zo goed geleidt als de organische vloeistof.
Volledige vaste stof lithium-batterijen bieden bovendien een extra innovatiekans: pure lithium-elektroden in plaats van elektroden van lithium-composiet. Hierdoor neemt de energiedichtheid toe, zodat de batterijen kleiner en lichter kunnen worden. Lithium-elektroden combineren met de organische vloeistof kan niet, want dat levert kortsluitingsgevaar en stabiliteitsproblemen op.
Optimalisatie
De geleiding van het experimentele materiaal is nog wel iets slechter dan van de organische vloeistof die nu in batterijen zit. “Maar ons materiaal is nog op geen enkele manier geoptimaliseerd” aldus De Jongh. “Daar werken we nu hard aan. Bovendien willen we experimenteren met andere lithium-verbindingen en met bijvoorbeeld natrium- en magnesiumverbindingen. We verwachten namelijk dat het principe redelijk universeel geldig is.”
Bron
- Blanchard D, Nale A, Sveinbjörsson D, Eggenhuisen T, Verkuijlen M, Suwarno S, Vegge T, Kentgens A, de Jongh P, Nanoconfined LiBH4 as a fast lithium ion conductor, Advanced Functional Materials (21 oktober 2014).