Batterijen gaan op de meest ongelegen momenten leeg. Mobiele telefoons gaan uit tijdens belangrijke gesprekken omdat een batterij niet is opgeladen. Of de auto-industrie begint enthousiast te worden over een nieuw batterijaangedreven voertuig, maar hij moet regelmatig worden opgeladen. Of het tuinwerk loopt vertraging op omdat de batterij van je grastrimmer leeg is.

Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Dallas hebben een krachtige, milieuvriendelijke lithium-zwavelvervanger die de levensduur van de batterij drastisch zou kunnen verlengen. Hun werk is gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

"Gemeenschappelijke lithium-ionbatterijen hebben maar een bepaalde capaciteit, " zei Dr. Kyeongjae "K.J." Cho, hoogleraar materiaalkunde en techniek. "En de meeste mensen willen hun telefoon langer gebruiken."

Veel smartphonegebruikers zijn bekend met de houdbaarheid van lithium-ionbatterijen. Soms kan een lading ongeveer een dag duren. Cho zei dat de meesten het erover eens zouden zijn dat het handiger zou zijn als die lading een week of langer zou duren.

Cho, samen met onderzoeksmedewerker Dr. Jeongwoon Hwang, beide van de Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, werkte samen met andere regionale wetenschappers om lithium-zwavelbatterijen te verbeteren, lang door velen beschouwd als een evolutie van lithium-ionbatterijen.

Lithium-zwavel zou de oplossing kunnen zijn

Lithium-zwavelbatterijen hebben belangrijke voordelen ten opzichte van lithium-ionbatterijen. Volgens Cho, ze zijn minder duur om te maken, Weeg minder, slaan bijna twee keer zoveel energie op als lithium-ionbatterijen en zijn beter voor het milieu.

"Een lithium-zwavelbatterij is wat de meeste onderzoeksgemeenschappen denken dat de volgende generatie batterijen is, Cho zei. "Het heeft een capaciteit van ongeveer drie tot vijf keer hoger dan lithium-ionbatterijen, wat betekent dat als je gewend bent aan een telefoon die drie uur meegaat, je kunt hem negen tot vijftien uur gebruiken met een lithium-zwavelbatterij."

Maar lithium-zwavelbatterijen zijn niet zonder problemen. Zwavel is een slechte elektrische geleider en kan in slechts enkele oplaad- en oplaadcycli onstabiel worden. Elektroden die kapot gaan is een andere reden waarom lithium-zwavelbatterijen niet mainstream zijn.

Wetenschappers hebben geprobeerd lithium-zwavelbatterijen te verbeteren door lithiummetaal op de ene elektrode en zwavel op de andere te plaatsen. Echter, lithiummetaal is vaak te onstabiel, en zwavel te isolerend. De wetenschappers ontdekten een technologie die een zwavel-koolstof nanobuisstof produceerde die meer geleidbaarheid op één elektrode creëerde, en een coating van nanomateriaal om stabiliteit voor de ander te creëren.

Cho en collega-onderzoekers ontdekten dat molybdeen, een metalen element dat vaak wordt gebruikt om staal te versterken en te harden, creëert een materiaal dat de dikte van de coating aanpast in combinatie met twee zwavelatomen, een laag die dunner is dan de zijde van een spinnenweb. Ze vonden dat het de stabiliteit verbeterde en de slechte geleidbaarheid van zwavel compenseerde, waardoor een grotere vermogensdichtheid mogelijk wordt en lithium-zwavelbatterijen commercieel levensvatbaarder worden.

"Dit was waar iedereen naar op zoek was, voor een lange tijd, ' zei Cho. 'Dat is de doorbraak. We proberen nevenreacties te onderdrukken. Het is een beschermingstechnologie."

Wetenschappers zeggen dat deze bevinding de manier kan veranderen waarop we naar batterijen kijken en de levensduur van de batterij ervaren.

"We nemen dit naar de volgende stap en zullen het materiaal volledig stabiliseren, en breng het tot de werkelijkheid, praktische commerciële technologie, ' zei Cho.