Eén veelbelovende aanpak omvat het gebruik van elektrolyten in vaste toestand in plaats van vloeibare elektrolyten. Elektrolyten in vaste toestand zijn niet-ontvlambaar en kunnen bij hogere temperaturen werken, waardoor de veiligheid en levensduur van batterijen mogelijk worden vergroot. Bovendien kunnen elektrolyten in vaste toestand het gebruik van lithiummetaalanodes mogelijk maken, die een hogere energiedichtheid hebben dan traditionele grafietanodes.

Onderzoeksuitdagingen:

- Ontwikkeling van elektrolyten in vaste toestand met hoge ionische geleidbaarheid

- Zorgen voor goed contact tussen de vaste stof elektrolyt en de elektroden

- Het aanpakken van problemen met betrekking tot batterijverslechtering en levensduur

Potentiële voordelen:

- Verhoogde energiedichtheid en verbeterde veiligheid vergeleken met de huidige lithium-ionbatterijen

- Langere levensduur en breder bedrijfstemperatuurbereik

- Verminderd risico op thermische overstroming en brand

Tijdlijn:

- Onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen zijn aan de gang, waarbij sommige solid-state lithium-metaalbatterijen al de fase van proefproductie bereiken.

- De commercialisering wordt midden tot eind 2020 verwacht.

Lithium-zwavelbatterijen

Lithium-zwavelbatterijen bieden het potentieel voor een nog hogere energiedichtheid dan lithium-ionbatterijen, vanwege de hoge theoretische specifieke capaciteit van zwavel (1675 mAh/g). Zwavel is ook overvloedig aanwezig en goedkoop, waardoor het een aantrekkelijk kathodemateriaal is.

Uitdagingen:

- Zwavel ondergaat complexe elektrochemische reacties tijdens het laden/ontladen, wat leidt tot capaciteitsvermindering en een kortere levensduur.

- Het oplossen van polysulfide-tussenproducten kan problemen veroorzaken met de stabiliteit en prestaties van de batterij.

- Slechte elektrische geleidbaarheid van zwavel vereist het gebruik van geleidende additieven.

Potentiële voordelen:

- Aanzienlijk hogere energiedichtheid dan de huidige lithium-ionbatterijen

- Lagere kosten door het gebruik van zwavel als kathodemateriaal

- Potentieel voor een langere levensduur en verbeterde veiligheid

Tijdlijn:

- Onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen zijn aan de gang, waarbij sommige lithium-zwavelbatterijen veelbelovende prestaties laten zien in laboratoriumtests.

- De commercialisering kan nog enkele jaren duren, omdat uitdagingen op het gebied van stabiliteit en levensduur moeten worden overwonnen.

Lithium-luchtbatterijen

Lithium-luchtbatterijen hebben het potentieel om extreem hoge energiedichtheden te bereiken, omdat ze zuurstof uit de lucht als kathodemateriaal gebruiken. Dit zou aanzienlijke gewichts- en volumereducties mogelijk kunnen maken in vergelijking met traditionele lithium-ionbatterijen.

Onderzoeksuitdagingen:

- Lithium-luchtbatterijen zijn zeer gevoelig voor vocht en onzuiverheden in de lucht, wat leidt tot stabiliteits- en veiligheidsproblemen.

- Tijdens het laadproces worden lithiumdendrieten gevormd, die kortsluiting en batterijstoringen kunnen veroorzaken.

- De levensduur van de cyclus en de omkeerbaarheid van de zuurstofreductiereactie moeten worden verbeterd.

Potentiële voordelen:

- Ongekende energiedichtheid, die mogelijk een revolutie teweegbrengt in het bereik van elektrische voertuigen en de mogelijkheden van draagbare apparaten

- Gebruik van overvloedige en vrij beschikbare zuurstof uit de lucht als kathodemateriaal

Tijdlijn:

- Lithium-luchtbatterijen bevinden zich nog in de beginfase van onderzoek en ontwikkeling. Er moeten aanzienlijke uitdagingen worden aangepakt voordat deze voor commerciële toepassingen in aanmerking kunnen komen.