23 september 2015 door Webredactie Communication

Onderzoekers van de TU Delft hebben meer inzicht verkregen in wat er op het kleinste niveau gebeurt in de elektrodes van Li-ion batterijen. Deze nieuwe inzichten zullen helpen om de veelgebruikte Li-ion batterijen te verbeteren. De onderzoekers publiceren hun resultaten vandaag, woensdag 23 september 2015, in de online editie van Nature Communications.

Elektrodes

Li-ion batterijen bevatten twee elektrodes die worden gescheiden door een elektrolyt. De elektrodes bestaan uit honderdduizenden deeltjes elektrodemateriaal, meestal kleiner dan 1 micrometer, die in staat zijn om grote aantallen Li-ionen te bergen . Het opnemen van deze grote aantallen Li-ionen verandert de structuur van deze kleine deeltjes.

Hoe deze verandering van structuur precies optreedt, bepaalt de belangrijkste eigenschappen van batterijen: hoe snel je ze kunt opladen, in welke mate je ze kunt opladen en hoe vaak je ze kunt opladen. We weten al veel van deze structuurveranderingen (fase-transities) maar hoe deze precies optreden in individuele, submicron deeltjes in echte, werkende batterijen, was tot recent niet waar te nemen.

Synchrotron Roentgenstraling

Onderzoekers van de TU Delft, onder leiding van dr. Marnix Wagemaker, zijn er nu in geslaagd om de fase-transitie van individuele elektrode-deeltjes waar te nemen terwijl de batterij in werking was. Dit lukte met behulp van een zeer kleine bundel roentgenstraling (ongeveer 200 nanometer), geleverd door de grootste synchrotron in Europa (ESRF in Grenoble). Hiermee werd onder meer duidelijk dat er veel meer deeltjes actief zijn dan werd aangenomen; hierdoor is het risico van schadelijke lokale hotspots lager. Dat is dus goed nieuws.

Een van de opmerkelijkste resultaten is dat de structuurveranderingen geleidelijker en gemakkelijker verlopen tijdens zeer snel opladen dan tijdens langzaam opladen. Dit impliceert dat de elektrodematerialen beter zullen presteren en meer oplaadcyli zullen doorstaan als ze sneller worden opgeladen. Deze nieuwe inzichten zullen helpen om Li-ion batterijen te verbeteren.