Pieter Edelman
12 February 2016

Grootschalige toepassing van duurzame energie vereist energieopslagsystemen, maar daarvoor is het ideale type batterij nog niet gevonden. Naast een hoge energiedichtheid en een concurrerende prijs dienen accu’s voor deze toepassing een lange levensduur te hebben, veilig te zijn en bij voorkeur geen milieuonvriendelijke materialen te bevatten. De bekende lithium-ionbatterij kan wat betreft levensduur en veiligheid niet aan deze eisen voldoen.

Chemici van Fudan University presenteerden onlangs in ‘Science advances’ een stap in de goede richting. Hun batterij is gebaseerd op waterige oplossingen, bevat geen metalen maar uitsluitend veilige en goedkope bestanddelen en heeft een indrukwekkende levensduur van meer dan vijftigduizend op- en ontlaadcycli.

De batterij uit Shanghai bevat lithium, maar werkt volgens een ander principe dan de lithium-ionbatterij. In de laatste is het metaal het actieve bestanddeel: het element reist heen en weer tussen de elektrodes, afwisselend elektronen afstaand en opnemend. Lithium is daar als betrekkelijk klein element heel geschikt voor, maar helaas laat het veelvuldige reizen zijn sporen na en raken elektrodestructuren beschadigd. Daarom is een Li-ion-batterij al na enkele duizenden keren opladen de helft van zijn capaciteit kwijt.

Het lithium in de Chinese batterij heeft een andere functie, namelijk ladingstransport door de waterige oplossingen. Het kan desgewenst ook worden vervangen door het chemisch verwante natrium, ten koste van een klein performanceverlies.

De actieve bestanddelen zijn jodide-ionen en polyimide-polymeren, gescheiden door een ionuitwisselingsmembraan. Bij het opladen wordt jodide geoxideerd tot tri-jodide en worden chemische groepen in het polymeer gereduceerd. Tevens stromen er lithium- of natriumionen van de jodide- naar de polymeercomponent. Bij het ontladen draaien deze processen om.

Behalve zijn milieuvriendelijkheid en lange levensduur heeft de accu nog een eigenschap die in grootschalige energieopslag van belang kan zijn: hij kan in amper zeven seconden worden op- en ontladen. De batterij kan dus heftige pieken en dalen in de stroomvoorziening opvangen.