Nederlandse en Vlaamse ontdekken nieuwe materialen voor batterijen

De nieuwe materialen bieden veelbelovende mogelijkheden om de redox-eigenschappen van organische elektroden aan te passen. Ze overbruggen zo de kloof met anorganische tegenhangers in duurzame en milieuvriendelijke elektrochemische batterijen.

Werkpotentieel
De beschikbaarheid van stabiele, positieve organische elektroden die kunnen werken bij hoge spanningen en in moeilijke omgevingscondities is beperkt. In dit onderzoek tonen onderzoekers een zeer effectieve methode om het werkpotentieel van organische elektrodematerialen voor batterijen aan te passen.

De materialen zijn gebaseerd op gefunctionaliseerde fenyleendiaminen met trifluormethanesulfonyl- en cyanogroepen. Hierdoor zijn 7 verschillende lithiumhoudende triflimiden- en cyanamidesamenstellingen ontstaan. Met andere woorden: de onderzoekers bestudeerden verschillende moleculen die lithiumatomen reversibel kunnen opslaan.

Stukjes LEGO
2 belangrijke eigenschappen in de ‘race’ voor het vinden van nieuwe verbindingen zijn een hoog redoxpotentiaal – hoge spanning – en een hoge stabiliteit – zowel qua omgeving als elektrochemisch.

Süleyman Er, groepsleider Autonomous Energy Materials Discovery bij DIFFER: ‘Deze nieuwe materialen moeten chemisch functioneel zijn, samengesteld uit overvloedige chemische elementen, gemakkelijk te synthetiseren en structureel aanpasbaar. Dit is nodig, zodat je de eigenschappen kunt veranderen door het veranderen van hun chemische samenstelling. Vergelijk het met LEGO-stukjes; je kunt – rijkelijk aanwezige – elementen als C, H, O, N, F en S op verschillende manieren combineren. Zo kun je nieuwe verbindingen maken en de gewenste functionaliteit van deze verbindingen instellen, bijvoorbeeld voor efficiënte energieopslag. Voer vervolgens uitgebreide modellering en structurele en elektrochemische analyses uit om te bepalen hoe ze presteren als batterijmateriaal.’

De bevindingen helpen niet alleen het gebied van organische elektrodematerialen vooruit. De resultaten verkleinen ook de ‘prestatiekloof’ tussen organische en anorganische alternatieven. En bieden zo nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van duurzamere en efficiëntere energieopslagsystemen.