Accu-aangedreven auto's bieden veel milieuvoordelen, maar een auto met een volle tank benzine kan verder reizen. Door de energiecapaciteit van lithium-ionbatterijen te verbeteren, een nieuwe elektrode gemaakt van nanodeeltjes van ijzeroxide zou elektrische voertuigen kunnen helpen grotere afstanden af ​​te leggen.

Ontwikkeld door Zhaolin Liu van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, en Aishui Yu van Fudan University, China, en collega's, het elektrodemateriaal is goedkoop, geschikt voor grootschalige productie en kunnen hogere ladingsdichtheden opslaan dan de conventionele elektroden die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt.

Deze batterijen slaan energie op en geven deze weer af door lithiumionen te pendelen tussen twee elektroden die in een circuit zijn aangesloten. Tijdens het opladen, lithiumionen ontsnappen uit de kathode, die is gemaakt van materialen zoals lithiumkobaltoxide. De ionen migreren door een vloeibaar elektrolyt en in de anode, die meestal is gemaakt van grafiet met kleine poriën. Wanneer de batterij leeg raakt, het proces verloopt in omgekeerde volgorde, het genereren van een elektrische stroom tussen de elektroden.

IJzeroxiden hebben een veel hogere laadcapaciteit dan grafiet, maar het proces is traag. Het dwingen van lithiumionen in het materiaal verandert ook het volume, vernietigt de anode al na enkele laadcycli.

Liu, Yu en team redeneerden dat een anode gemaakt van nanodeeltjes van ijzeroxide sneller zou opladen, omdat zijn poriën gemakkelijke toegang zouden geven tot lithiumionen. De poriën kunnen er ook voor zorgen dat de structuur van het materiaal verandert als de ionen naar binnen gaan.

De onderzoekers maakten 5 nanometer brede deeltjes van een ijzeroxide dat bekend staat als α-Fe ₂ O ₃ , eenvoudig door ijzernitraat in water te verhitten. Ze vermengden de deeltjes met een stof genaamd carbon black, bond ze samen met polyvinylideenfluoride en bekleedde het mengsel op koperfolie om hun anoden te maken.

Tijdens de eerste ronde van laden en ontladen, de anodes vertoonden een rendement van 75-78%, afhankelijk van de gebruikte stroomdichtheid. Na nog tien cycli, echter, de efficiëntie verbeterde tot 98%, bijna net zo hoog als commerciële lithium-ionbatterijen. Onderzoek door andere teams suggereert dat tijdens de eerste paar cycli, de ijzeroxide nanodeeltjes worden afgebroken tot ze een optimale grootte hebben bereikt.

Na 230 cycli bleef het rendement van de anode op 97%, met een capaciteit van 1, 009 milliampère uur per gram (mA h g ⁻¹ ) - bijna drie keer groter dan commerciële grafietanodes. Het materiaal ondervond geen van de degradatieproblemen die andere ijzeroxideanoden hebben geplaagd.

Het team werkt nu aan het optimaliseren van de synthese van nanodeeltjes en het verhogen van de efficiëntie van de initiële oplaadcycli van de anode.