Australische onderzoekers ontwikkelden een aluminiumionbatterij met grafeen erin. Die laadt in een paar minuten op en gaat veel meer cycli mee dan zijn lithiumion-broertje. Een Australisch bedrijf gaat de nieuwe batterijen nu produceren.

Lithiumionbatterijen, zoals in je mobiele telefoon of elektrische auto, kunnen veel elektrische energie per kilogram opslaan en zijn daarom populair. Maar ze kunnen ook exploderen, ze laden relatief langzaam op en ook de levensduur zou nog beter kunnen. Bovendien is het winnen van lithium niet bepaald milieuvriendelijk.
 

Opladen in minuten

De belofte van het nieuw type oplaadbare batterij op basis van aluminiumion-technologie is dat deze al deze nadelen gaat oplossen. Onderzoekers van de Australische University of Queensland publiceerden begin dit jaar hun onderzoek aan een versie van deze batterij met grafeen. Hun nieuwe batterij laadt tot zeventig keer sneller op en gaat drie keer langer mee dan een lithiumionaccu, claimen de onderzoekers. Je mobieltje zou zo in een paar minuten opgeladen zijn.

Daarnaast heeft de nieuwe batterij drie keer zoveel energieinhoud als andere aluminiumionbatterijen, ofwel zo'n 60 procent van de huidige lithiumionbatterijen. Bovendien is aluminium een goedkope, veilige en schone grondstof en is de batterij makkelijk te recyclen.

 

Klaar voor productie

Eind april sloten de universiteit en technologytransferbedrijf Uniquest een overeenkomst met het Australische bedrijf GMG voor het produceren van de batterij. GMG gaat prototypes van de batterij maken voor gebruik in horloges, mobiele telefoons, laptops, elektrische voertuigen en voor opslag in het elektriciteitsnet.

Ashok Nanjundan, chief scientific officer van GMG zegt in een nieuwsbericht over de prestaties van hun batterij: ‘Het echte verschil maakt de hoge vermogensdichtheid van deze batterijen. Die is met 7000 watt per kilogram meer dan twee keer zo groot als de beste aluminiumionbatterijen tot nu toe. Daardoor kun je ze zo snel opladen. Verder laten ze na 2000 cycli nog geen afname hun prestaties zien.’

Als voorbeeld heeft GMG nu een knoopcel gemaakt die in een paar seconden oplaadt. Eind van dit jaar zou een kleine groep consumenten deze batterijtjes moeten gaan testen.

 

Grafeen

De kathode van de beste huidige aluminiumionbatterijen is gemaakt van grafiet (gewone koolstof). De Australische onderzoekers namen in plaats daarvan grafeen, een speciale vorm van koolstof die bestaat uit laagjes van maar één atoom dik.

De Australiërs verbeterden het ontwerp vervolgens door gaatjes te maken in de laagjes grafeen, waarin aluminiumatomen gaan zitten (zie de figuur hieronder). Het hele materiaal is daardoor veel dichter gepakt, als een samengeperst matras. De elektronenoverdracht tussen aluminium en grafeen, bij zowel het stroom leveren als bij het opladen, is daarmee veel efficiënter dan met gewoon grafeen.



Geen koeling nodig

Nog een voordeel van de Australische aluminiumionbatterijen is dat ze geen koeling nodig hebben voor de veiligheid, zoals bij lithiumionaccu’s, en ook geen verwarming in de winter om genoeg stroom te blijven leveren. Dat lijkt niet nodig bij de nieuwe batterij, zegt GMG’s directeur Craig Nicol in het persbericht: ‘Bij onze testen doen ze het prima bij temperaturen onder nul.’ Dat scheelt tientallen kilo's gewicht voor een accupakket in een auto.

Milieuoverwegingen zijn ook belangrijk voor de onderzoekers. Van de grondstof aluminium is veel meer beschikbaar en het winnen ervan is minder belastend voor het milieu dan lithium.

 

Windmolen

De mogelijkheid om ultrasnel op te laden is een groot voordeel voor elektronische apparatuur en zou dat ook zijn in voertuigen. Je kunt na een paar honderd kilometer rijden je auto dan in een paar minuten helemaal opladen. Ware het niet dat zoveel stroom leveren in korte tijd nog niet mogelijk is. Een speciale snellader voor Tesla levert op dit moment zo'n 250 kilowatt aan vermogen.

Een aluminiumionbatterij kun je in de prakijk straks misschien nog tien keer sneller opladen. Maar dan zou de snellader meerdere megawatt moeten leveren. Dan heb je het over de output van een moderne windmolen. Aan één auto. Voorlopig is de technologie daar nog niet rijp voor.

GMG zegt nog niets over de prijs van de batterijen. Van grafeen is bekend dat het duur is om te produceren, maar GMG maakt het uit methaan en zegt dit goedkoop te kunnen in grote hoeveelheden. Harde cijfers maakt het bedrijf daarover nog niet bekend.


Tekst: Bastienne Wentzel
Beeldmateriaal: University of Queensland / GMG