Lithium-ionbatterijen zullen in de nabije toekomst een dominante rol gaan spelen in elektrische voertuigen en andere toepassingen, maar de batterijmaterialen, momenteel in gebruik, schieten tekort op het gebied van veiligheid en prestaties en houden de volgende generatie hoogwaardige batterijen tegen.

Vooral, de ontwikkeling van de elektrolyt vormt een belangrijke uitdaging voor batterijen met een hoger vermogen die geschikt zijn voor energieopslag en voertuigtoepassingen.

Aan de Monash University School of Chemistry, wetenschappers onder leiding van professor Doug MacFarlane en Dr. Mega Kar die samenwerken met het lokale bedrijf Calix Ltd, hebben alternatieve oplossingen voor deze uitdaging bedacht met nieuwe chemie.

"Het lithiumzout dat momenteel in lithium-ionbatterijen wordt gebruikt, is lithiumhexafluorfosfaat, die een brand- en veiligheidsrisico vormen, evenals toxiciteit, " zei professor MacFarlane.

"In kleinere draagbare apparaten, dit risico kan gedeeltelijk worden gemitigeerd. Echter, in een groot batterijpakket, zoals energieopslagsystemen voor elektrische voertuigen en buitenopstelling, het potentiële gevaar is veel groter. Batterijen met een hoger voltage en vermogen liggen ook op de tekentafel, maar kunnen het hexafluorfosfaatzout niet gebruiken. "

In onderzoek gepubliceerd in Geavanceerde energiematerialen , de chemici beschrijven een nieuw lithiumzout dat de uitdagingen van elektrolytontwerp zou kunnen overwinnen en het hexafluorfosfaatzout zou kunnen vervangen.

"Ons doel was om veilige fluorboraatzouten te ontwikkelen, die niet worden aangetast, zelfs niet als we ze aan de lucht blootstellen, " zei hoofdonderzoeksauteur Dr. Binayak Roy, ook van de Monash University School of Chemistry.

"De belangrijkste uitdaging met het nieuwe fluoroboraatzout was om het te synthetiseren met zuiverheid van batterijkwaliteit, wat we hebben kunnen doen door een herkristallisatieproces, " hij zei.

"Wanneer ze in een lithiumbatterij met lithium-mangaanoxide-kathoden worden geplaatst, de cel fietste meer dan 1000 cycli, zelfs na blootstelling aan de atmosfeer, een onvoorstelbare prestatie vergeleken met het hypergevoelige hexafluorfosfaatzout."

Volgens dr. Roy, wanneer gecombineerd met een nieuw kathodemateriaal in een hoogspanningslithiumbatterij, deze elektrolyt presteerde veel beter dan het conventionele zout. Bovendien, het zout bleek zeer stabiel te zijn op aluminium stroomafnemers bij hogere spanningen, zoals vereist voor batterijen van de volgende generatie.

Het onderzoek is het resultaat van een gezamenlijke inspanning binnen het Training Center for Future Energy Storage Technologies van de Australian Research Council (ARC) (www.storenergy.com.au).

StorEnergy is een door de federale overheid gefinancierd opleidingscentrum voor industrietransformatie dat tot doel heeft de volgende generatie werknemers in de Australische energie-industrie op te leiden en te bekwamen en de samenwerking tussen de industrie en de universiteiten te bevorderen.

StorEnergy-directeur professor Maria Forsyth van Deakin University, zei:"Dit is een prachtig voorbeeld van hoe samenwerkingen tussen de industrie en universiteiten, ondersteund door onderzoeksfinanciering van de overheid, het leiderschap van Australië op het gebied van veilige batterijtechnologieën van de volgende generatie kunnen ondersteunen."

Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met Calix Ltd., een in Victoria/NSW gevestigd bedrijf dat hoogwaardige, op mangaan gebaseerde batterijmaterialen produceert uit Australische mineralen. Het onderzoek zal Calix helpen om zijn doel van grootschalige fabricage van in Australië gevestigde Li-ion-batterijen te bereiken, streven naar energieopslagsystemen op netschaal voor uitrol in Australië.

Dr. Matt Boot-Handford, General Manager voor R&D bij Calix zei:"Calix ontwikkelt een platformtechnologie om hoogwaardige, kostenconcurrerende batterijmaterialen in Australië. We werken via StorEnergy nauw samen met onze onderzoekspartners bij Monash en Deakin om de ontwikkeling van elektrolytsystemen te ondersteunen die compatibel zijn met de elektrodematerialen van Calix. De superieure elektrochemische prestaties en stabiliteit die worden aangetoond door het nieuwe elektrolytsysteem van het Monash-team in combinatie met Calix' lithium-mangaanoxide-elektrodemateriaal, is een opwindende en belangrijke mijlpaal die ons een stap dichter bij het maken van batterijen met Calix-elektrodematerialen van de volgende generatie een commerciële realiteit brengt.

"In de nabije toekomst hopen we deze nieuwe anionen om te zetten in thermisch stabiele, onbrandbare vloeibare zouten, waardoor ze gunstig zijn voor batterijen die bij hoge temperaturen werken, " zei dr. Kar.

"Met de huidige klimaatomstandigheden, het ontwerpen van dergelijke batterijtechnologieën met veiligheid en stabiliteit zal belangrijk zijn bij het implementeren van een duurzame energieoplossing op netschaal in Australië."