Een recent onderzoek in samenwerking met UNIST heeft een nieuwe batterijtechnologie voor elektrische voertuigen (EV) geïntroduceerd die energiezuiniger is dan benzinemotoren. De nieuwe technologie omvat het vervangen van batterijpakketten in plaats van ze op te laden, het omzeilen van de problemen met langzaam opladen van bestaande EV-batterijtechnologie. Het biedt ook lichtgewicht, energiebronnen met een hoge energiedichtheid en weinig risico op verbranding of explosie. Deze doorbraak is geleid door professor Jaephil Cho en zijn onderzoeksteam aan de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De onderzoekers ontwikkelden een nieuw type aluminium-luchtstroombatterij voor EV's. De nieuwe batterij presteert beter dan bestaande lithium-ionbatterijen in termen van hogere energiedichtheid, lagere kost, langere levensduur, en hogere veiligheid. Aluminium-luchtstroombatterijen zijn primaire cellen, wat betekent dat ze niet kunnen worden opgeladen via conventionele middelen. In EV's, ze produceren elektriciteit door de aluminiumplaat en elektrolyt te vervangen. Gezien de werkelijke energiedichtheid van benzine en aluminium van hetzelfde gewicht, aluminium is superieur.

"Benzine heeft een energiedichtheid van 1, 700 Watt/kg, terwijl een aluminium-luchtstroombatterij een veel hogere energiedichtheid van 2 vertoont, 500 Wh/kg met zijn vervangbare elektrolyt en aluminium, " zegt professor Cho. "Dit betekent met 1 kg aluminium, we kunnen een batterij bouwen waarmee een elektrische auto tot 700 km kan rijden."

De nieuwe batterij werkt net als metaal-luchtbatterijen, het opwekken van elektriciteit uit de reactie van zuurstof in de lucht met aluminium. Metaal-lucht batterijen, vooral aluminium-luchtbatterijen, hebben veel aandacht getrokken als de batterij van de volgende generatie vanwege hun energiedichtheid die hoger is dan die van LIB's. Inderdaad, batterijen die aluminium gebruiken, een lichtgewicht metaal, zijn lichter, goedkoper, en hebben een grotere capaciteit dan een traditionele LIB.

Ondanks hun hoge energiedichtheid, aluminium-luchtbatterijen worden niet veel gebruikt vanwege problemen met hoge anodekosten en verwijdering van bijproducten bij gebruik van traditionele elektrolyten. Professor Cho heeft dit probleem opgelost door een op stroom gebaseerde aluminium-luchtbatterij te ontwikkelen om de nevenreacties in de cel te verlichten, waar de elektrolyten continu kunnen worden gecirculeerd.

In de studie, het onderzoeksteam bereidde een zilver-nanodeeltjeszaad-gemedieerde zilvermanganaat-nanoplaatarchitectuur voor de zuurstofreductiereactie (ORR). Ze ontdekten dat het zilveratoom kan migreren naar het beschikbare kristalrooster en de mangaanoxidestructuur kan herschikken, waardoor overvloedige oppervlaktedislocaties ontstaan. Dankzij een verbeterde levensduur en energiedichtheid, het team verwacht dat hun aluminium-airflow-batterijsysteem mogelijk meer EV's op de weg kan brengen met een groter bereik en aanzienlijk minder gewicht zonder explosiegevaar.

"Deze innovatieve strategie verhinderde de precipitatie van vast bijproduct in de cel en het oplossen van een edelmetaal in de luchtelektrode, " zegt Jaechan Ryu, eerste auteur van de studie. "Wij geloven dat ons AAFB-systeem het potentieel heeft voor een kosteneffectief en veilig energieconversiesysteem van de volgende generatie."

De ontlaadcapaciteit van aluminium luchtstroombatterijen is 17 keer die van conventionele aluminium luchtbatterijen. Aanvullend, de capaciteit van nieuw ontwikkelde op zilver-mangaanoxide gebaseerde katalysatoren was vergelijkbaar met die van de conventionele platinakatalysatoren (Pt/C). Omdat zilver 50 keer goedkoper is dan platina, het is ook concurrerend in termen van de prijs