Chinese onderzoekers maakten in 2023 een lithiumbatterij met een ongekende energiedichtheid. Dit is waar hun veelbelovende technologie nu staat

In een baanbrekende prestatie bouwden onderzoekers van het Institute of Physics van de Chinese Academy of Sciences, begin 2023 een lithiumbatterij met een ongekende energiedichtheid van 711,30 Wh/kg. Dit betekende dat ze de bestaande standaard van Tesla konden verdrievoudigen. We publiceerden over dit verbazingwekkende resultaat op Innovation Origins, de voorganger van IO+. We zijn bijna twee jaar verder; waar staat de technologie nu?

De doorbraak in 2023 bracht de wereld dichter bij efficiëntere oplossingen voor energieopslag en opende nieuwe wegen in bijvoorbeeld de elektrische luchtvaart. Door het laad- en ontlaadpotentieel van lithiumrijke mangaanoxiden te vergroten, vergrootten de onderzoekers de opslagcapaciteit, wat een revolutie inhield voor industrieën die afhankelijk zijn van energieoplossingen met een hoge dichtheid. Er bleven echter nog volop uitdagingen over, zoals het verbeteren van de veiligheid en levensduur van de batterij voor uitgebreide toepassingen in dagelijks gebruik. Maar wat ook duidelijk is: naarmate de zoektocht naar duurzame energie vordert, vormt deze ontwikkeling de sleutel tot toekomstige technologische innovaties op het gebied van mobiliteit en hernieuwbare energieoplossingen. Daarnaast toont het aan wat de mogelijkheden nog zijn om het bereik en de prestaties van elektrische voertuigen aanzienlijk te beïnvloeden.

Technische doorbraak en implementatie

De Chinese prestatie betekende een belangrijke sprong voorwaarts in de batterijtechnologie: het nieuwe ontwerp leverde een volumetrische energiedichtheid van 1653,65 Wh/L tijdens de eerste ontlading. De baanbrekende prestatie was gebaseerd op innovatieve strategieën, waaronder het gebruik van lithiumrijke mangaankathodes met een hoge capaciteit en een ultradunne metalen lithiumanode. Het ingenieursteam gebruikte een speciale separatorcoatingtechniek om reversibele afzetting van ultradun lithium met een grote oppervlaktecapaciteit te bereiken. Ze creëerden een extreme batterijstructuur die aanzienlijk beter presteert dan conventionele ontwerpen door het minimaliseren van hulpmaterialen en het maximaliseren van het aandeel actieve materialen. Sinds het begin van de jaren 1990 heeft de gemiddelde energiedichtheid van lithium-ion-accu's zich ontwikkeld van 80 Wh/kg naar ongeveer 300 Wh/kg, wat de Chinese nieuwe prestatie alleen nog maar knapper maakt.

Doorbraak: solid-state batterij wint 25% energiedichtheid

Een Europees consortium kondigde de lancering aan van een solid-state batterij die een hogere energie-efficiëntie kan leveren dan lithium-ion modules.

Read More

Marktontwikkelingen

Waar staan we nu? Het landschap van accutechnologie heeft zich snel ontwikkeld, met meerdere spelers die de grenzen van energiedichtheid verleggen. Het meest zichtbaar zijn de pogingen om de Chinese resultaten om te zetten in echte, werkbare toepassingen. Het bedrijf Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL) kondigde plannen aan om halfvaste batterijen met gecondenseerde materie te produceren met een energiedichtheid van 500 Wh/kg. Eind 2024 overschreed de wereldwijde vraag naar lithium-ionbatterijen de 1 TWh per jaar, dus elk batterijbedrijf staat te popelen om hogere dichtheden te bereiken.

Het meest extreme voorbeeld op dit moment is het Japanse bedrijf TDK, dat vooruitgang in solid-state batterijtechnologie heeft geclaimd en een energiedichtheid van 1.000 Wh/L zegt te hebben bereikt, zoals de Financial Times meldde. Het blijft echter moeilijk om bewijs hiervoor te vinden buiten TDK. Goed om te te blijven beseffen dat deze ontwikkelingen plaatsvinden tegen de achtergrond van toenemende marktconcurrentie en technologische innovatie, waarbij de wereldwijde productiecapaciteit nu groter is dan de vraag.

Testen en implementeren in de echte wereld

Praktische toepassingen van batterijen met hoge dichtheid worden al volop getest. In december 2024 demonstreerden Chinese wetenschappers met succes een lithiumbatterij met een energiedichtheid van 400 Wh/kg in een drone met samengestelde vleugels. De batterij liet opmerkelijke prestaties zien bij temperaturen van -40°C tot 60°C. Recent onderzoek heeft ook vooruitgang laten zien in het aanpakken van belangrijke uitdagingen, voornamelijk door middel van innovatieve coatingtechnologieën. De ontwikkeling van MoS2-coatings heeft de cyclusstabiliteit en prestaties voor lithium-rijke mangaan-gebaseerde kathodematerialen verbeterd, waardoor een ontladingsspecifieke capaciteit van 227,69 mAh g-¹ werd bereikt bij een stroomdichtheid van 1C.

Doorbraak: solid-state batterij wint 25% energiedichtheid

Een Europees consortium kondigde de lancering aan van een solid-state batterij die een hogere energie-efficiëntie kan leveren dan lithium-ion modules.

Read More

Veiligheid en levensduur

Recente ontwikkelingen op het gebied van solid-state polymeerelektrolyten (SPE's) pakken kritieke veiligheidsproblemen aan. Deze maand, januari 2025 dus, toont nieuw onderzoek significante vooruitgang in dendrietvrije lithiummetaalbatterijen, met nieuwe op Mg-MOF gebaseerde systemen die meer dan 3000 uur stabiel presteren met een lage overpotentiaal van 35 mV. Deze ontwikkelingen bereiken een ionengeleidbaarheid van 5,2 × 10-4 S-cm-1 bij 60°C, wat een cruciale vooruitgang betekent voor de veiligheid en levensduur van batterijen. De integratie van geavanceerde materialen en coatingtechnologieën heeft geleid tot verbeterde thermische stabiliteit en bredere elektrochemische vensters tot 5,0 V, waarmee belangrijke uitdagingen in de commercialisering van batterijen met hoge energiedichtheid worden aangepakt.