Zweedse studie identificeert processen die prestaties van lithium-zwavelbatterijen beperken

Lithium-zwavelbatterijen staan hoog op het verlanglijstje voor toekomstige batterijen, omdat ze van goedkopere en milieuvriendelijkere materialen zijn gemaakt dan lithium-ionbatterijen. Ze hebben ook een hogere energieopslagcapaciteit en werken goed bij veel lagere temperaturen. Ze hebben echter last van een korte levensduur en energieverlies.

Plaatselijk tekort aan lithium
Een artikel dat onlangs in het tijdschrift Chem is gepubliceerd door een onderzoeksgroep van de Universiteit van Uppsala heeft nu de processen geïdentificeerd die de prestaties van de zwavelelektroden beperken, waardoor de stroom die kan worden geleverd, wordt verminderd. Tijdens de ontlaad-/laadcycli worden verschillende materialen gevormd en deze veroorzaken verschillende problemen. Vaak zorgt een plaatselijk tekort aan lithium voor een knelpunt.

‘Door meer te weten te komen over problemen kunnen we nieuwe strategieën en materialen ontwikkelen om de batterijprestaties te verbeteren’, aldus Daniel Brandell, hoogleraar materiaalchemie aan de Universiteit van Uppsala en werkzaam bij het Ångström Advanced Battery Centre. ‘Het identificeren van de echte knelpunten is nodig om de volgende stappen te kunnen zetten. Dit is een grote onderzoeksuitdaging in een systeem dat zo complex is als lithiumzwavel.’

Stralingsverstrooiing
De studie combineerde verschillende technieken voor stralingsverstrooiing: röntgenanalyses werden gemaakt in Uppsala, Zweden en neutronenresultaten kwamen van een grote onderzoeksfaciliteit, het Institut Laue Langevin, in Grenoble, Frankrijk.

Professor Adrian Rennie: ‘De studie toont het belang aan van het gebruik van deze infrastructuren om problemen in de materiaalwetenschap aan te pakken. Deze instrumenten zijn duur, maar nodig om complexe systemen als deze batterijen te begrijpen. Er vinden veel verschillende reacties tegelijkertijd plaats en er ontstaan materialen die tijdens bedrijf snel kunnen verdwijnen.’