Onderzoekers van de Universiteit van York hebben een manier ontdekt om lithium-aangedreven batterijen milieuvriendelijker te maken met behoud van prestaties, stabiliteit en opslagcapaciteit.

Lithium-ionbatterijen gebruiken giftige, zware metalen die het milieu kunnen belasten wanneer ze uit de grond worden gehaald en moeilijk veilig kunnen worden verwijderd. Kobalt is een van die zware metalen, gebruikt in batterij-elektroden. Een deel van het probleem is dat lithium en kobalt niet in overvloed beschikbaar zijn, en de voorraden slinken.

Het gebruik van organische materialen is de weg vooruit en dat heeft wetenschappers als professor Thomas Baumgartner van de faculteit Bètawetenschappen en zijn team bezig met het ontwikkelen en testen van nieuwe moleculen om de juiste te vinden ter vervanging van de zeldzame metalen die momenteel in gebruik zijn.

"Organische elektrodematerialen worden beschouwd als zeer veelbelovende materialen voor duurzame batterijen met een hoog vermogen, " hij zegt.

Hun laatste doorbraak is de creatie van een nieuw op koolstof gebaseerd organisch molecuul dat het kobalt kan vervangen dat nu wordt gebruikt in kathoden of positieve elektroden in lithium-ionbatterijen. Het nieuwe materiaal lost de tekortkomingen van het anorganische materiaal op met behoud van de prestaties.

"Elektroden gemaakt met organische materialen kunnen grootschalige productie mogelijk maken, recycling of verwijdering van deze elementen milieuvriendelijker, ", zegt Baumgartner. "Het doel is om duurzame batterijen te maken die stabiel zijn en een even goede, zo niet betere capaciteit hebben."

Het onderzoek wordt gepubliceerd en staat op de omslag van de maart-editie van het tijdschrift Batterijen &Supercaps , een ChemPubSoc-publicatie.

"Met deze specifieke klasse van moleculen die we hebben gemaakt, de elektroactieve component is zeer geschikt voor batterijen, omdat deze zeer goed is in het opslaan van elektrische ladingen en een goede stabiliteit op lange termijn heeft, " hij zegt.

Baumgartner en zijn groep rapporteerden eerder over de elektroactieve component in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Energy Materials.

"We hebben dit elektroactieve onderdeel geoptimaliseerd en in een batterij gestopt. Het heeft een zeer goede spanning, tot 3,5 volt, dat is echt waar de huidige batterijen nu zijn, " zegt hij. "Het is een belangrijke stap voorwaarts in het maken van volledig biologische en duurzame batterijen."

Baumgartner, samen met postdoctoraal onderzoekers Colin Brides en Monika Stolar, hebben ook aangetoond dat dit materiaal stabiel is bij langdurig gebruik met het vermogen om 500 cycli op te laden en te ontladen. Een van de nadelen van anorganische elektroden is dat ze bij het opladen veel warmte genereren en om veiligheidsredenen een beperkte ontlaadsnelheid vereisen. Dit nieuwe molecuul lost die tekortkoming op.

De volgende stap, zegt Baumgartner, is om de capaciteit verder te verbeteren. Zijn team ontwikkelt momenteel de volgende generatie moleculen die veelbelovend zijn om de huidige capaciteit te vergroten.