Paul van Gerven
23 November 2011

Door te sleutelen aan de structuur van de anode hebben onderzoekers van Northwestern University een batterij gemaakt die tien keer langer meegaat én tien keer sneller oplaadt. Hun recept is plakjes geperforeerd grafeen gelardeerd met clustertjes silicium.

Het is niet voor het eerst dat silicium wordt geïntroduceerd in batterijen. De beloning is potentieel groot: één siliciumatoom houdt potentieel vier lithiumatomen vast. Dat is een stuk meer dan bijvoorbeeld het veelgebruikte anodemateriaal koolstof, dat één lithiumatoom vasthoudt per zes koolstofatomen. Omdat silicium echter door krimpen en uitzetten snel kapotgaat tijdens het op- of ontladen, leveren siliciumanodes tot dusver geen batterijen met een verhoogde energiecapaciteit op.

De Amerikanen verbraken de vloek door het silicium te stabiliseren tussen plakken grafeen. Deze flexibele koolstofvorm vangt de volumeverandering goed op, maar introduceert tegelijk een nieuw probleem: lithiumionen reizen maar moeizaam langs dit materiaal, met desastreuze gevolgen voor de oplaadtijd van de batterij. De onderzoekers prikten daarom met een chemische etstechniek kleine gaatjes in het grafeen, zodat lithiumionen een shortcut hebben.

’We hebben nu zo‘n beetje het beste van twee werelden‘, zegt hoofdonderzoeker Harold Kung. ’We hebben een hoge energiedichtheid vanwege het silicium, terwijl het sandwichen het capaciteitsverlies veroorzaakt door expansies en contracties reduceert. Zelfs als de siliciumclusters opbreken, gaat het silicium niet verloren.‘