Een potentieel cruciale reden achter de neiging van lithium-ionbatterijen tot zelfontlading is blijkbaar ontdekt door onderzoekers van het door Tesla gefinancierde onderzoekscentrum voor batterijen aan de Dalhousie University. Wat vrij opmerkelijk was, was dat de bevindingen van de groep verbazingwekkend eenvoudig maar potentieel diepgaand waren.
Elektronische producten zoals smartphones en laptops hebben na verloop van tijd de neiging zichzelf te ontladen. Het is een maar al te bekend scenario, waarbij een apparaat zijn batterijlading verliest ondanks dat het een tijdje niet is gebruikt. Maar hoewel dit tegenwoordig als normaal wordt beschouwd, hebben onderzoekers van de Dalhousie University mogelijk de boosdoener ontdekt voor zelfontladende lithium-ionbatterijen.
Dr. Michael Metzger, een assistent-professor en de Herzberg-Dahn-leerstoel en in de afdeling Natuurkunde en Atmosferische Wetenschappen aan de Dalhousie University, merkte op dat een commerciële tape die elektroden bij elkaar houdt in lithium-ionbatterijen een belangrijke bijdrage kan leveren aan de zelf- ontladingsproces.
“In commerciële batterijcellen is er tape – zoals Scotch tape – dat de elektroden bij elkaar houdt, en er is een chemische ontleding van deze tape, waardoor een molecuul ontstaat dat leidt tot zelfontlading. In ons laboratorium doen we veel zeer complexe experimenten om batterijen te verbeteren, maar deze keer ontdekten we iets heel eenvoudigs. Het is heel eenvoudig – het zit in elke plastic fles en niemand had gedacht dat dit zo’n enorme impact heeft op de manier waarop de lithium-ioncellen afbreken’, zei Dr. Metzger.
Om lithium-ionbatterijcellen en hun zelfontladingsgedrag te begrijpen, openden Dr. Metzger en zijn team verschillende cellen en stelden ze bloot aan verschillende temperaturen. Tot hun verbazing ontdekte het team dat de elektrolytoplossing in de cel felrood was. Bij verder onderzoek plaatste het team cellen met een gemeenschappelijke elektrolytoplossing in ovens bij vier verschillende temperaturen. Er werden vier verschillende oventemperaturen gebruikt, variërend van 25°C tot 70°C. Het celmonster bij 25°C bleef helder, terwijl het monster bij 55°C lichtbruin werd en dat bij 70°C bloedrood werd. Het team voerde vervolgens een chemische analyse uit om de samenstelling van de elektrolyt te onderzoeken.
Hieronder volgen de observaties van het team.
“Toen ontdekten (de onderzoekers) dat het polyethyleentereftalaat, of PET, in de tape ontleedt en het molecuul vormt dat leidt tot zelfontlading. Het molecuul wordt een redox-shuttle genoemd omdat het naar de positieve kant van de elektrode kan reizen, dan naar de negatieve kant en dan weer terug naar de positieve kant. Het pendelt dus tussen de elektroden en dat zorgt voor zelfontlading, net zoals lithium hoort te doen. Het probleem is dat het shuttle-molecuul het de hele tijd op de achtergrond doet, zelfs als er geen lithium hoort te bewegen als de batterij daar gewoon zit.
“Het is iets wat we nooit hadden verwacht omdat niemand kijkt naar deze inactieve componenten, deze tapes en plastic folies in de batterijcel, maar het moet echt worden overwogen als je nevenreacties in de batterijcel wilt beperken,” zei Dr. Metzger.
De bevindingen van Dr. Metzger en zijn team zijn hieronder te vinden.
Buechele 2023 J. Electrochem. Soc. 170 010518 door Simon Alvarez op Scribd
Aarzel niet om ons te contacteren met nieuwstips. Stuur gewoon een berichtje naar simon
Door Tesla gefinancierde onderzoekers ontdekken verrassende details over ontladingen van lithium-ionbatterijen
