Chinese onderzoekers hebben een accu gemaakt die buigzaam is en waterbestendig. Daarvoor was een heel nieuw concentrisch ontwerp nodig, dat doet denken aan een coaxkabel. De eerste tests zijn hoopgevend: de accu werkte zelf na duizend keer buigen nog goed en kon negentig keer worden opgeladen. Buigzame accu’s zijn onmisbaar voor draagbare elektronica, wearables.
De lithium-lucht-accu is al een tijdje de belofte van de batterijwereld. In theorie kan hij tot tien keer zoveel energie opslaan als de lithium-ion-accu’s die tegenwoordig overal in zitten. Een probleem is echter dat voor draagbare toepassingen de behoefte is aan een buigzame variant van de lithium-lucht-accu. En dat blijkt niet mee te vallen.
Lastig ontwerp
Het is lastig om een dergelijke accu zo te ontwerpen dat je hem kan buigen. Hij bestaat namelijk uit rigide onderdelen: de anode en kathode zijn bijvoorbeeld gemaakt van keramiek. Tussen die twee bevindt zich de vloeibare elektrolyt, waarin lithiumionen heen en weer lopen tussen anode en kathode. Zou je zo’n accu gaan buigen, dan lekt de elektrolyt eruit. Bijkomend probleem is dat zuurstof met lithium reageert en lithiumperoxide vormt wanneer het bij de kathode komt. Dit is een vaste stof die de elektrolyt verdringt, waardoor de accu kapotgaat.
Coaxkabel
Daarom komen Chinese ingenieurs nu met een grondig herontwerp, zo meldt de nieuwswebsite van Science. Ze plaatsen de elektroden niet naast elkaar, maar in concentrische cilinders, net als bij een coaxkabel. In het hart van de ‘kabel’ (accu) ligt een flexibele draad van lithium (zie foto). En in plaats van een vloeibare elektrolyt gebruiken de onderzoekers nu een polymeergel. Hier omheen komt een gaasje van koolstof en als laatste een sponsachtig schuim van nikkel.
Het geheel wordt omsloten door krimpkous, een laag rubber die krimpt bij verhitten en zo de flexibele accu netjes bij elkaar houdt. In het rubber brengen de onderzoekers gaatjes aan, om de lucht binnen te laten, die overal in het koolstofgaas en het nikkelschuim komt te zitten.
Tests
De ingenieurs onderwierpen de nieuwe lithium-lucht-accu vervolgens aan tests. De eerste resultaten zijn hoopgevend, melden ze in het tijdschrift Small. Ook na duizend keer buigen en strekken bleef de accu werken, getuige een paar led-lampjes die erop waren aangesloten. De accu kon negentig keer opnieuw worden opgeladen.
Opvallend was verder dat de buigzame accu redelijk waterdicht bleek te zijn. Ondergedompeld in water bleef hij nog vijf minuten werken. Dat is te danken aan de polymeergel, die waterafstotend is, zo denken de onderzoekers. In de praktijk zal een dergelijke accu niet onder water worden gebruikt. Toch is zijn waterafstotende eigenschap wel handig, omdat de lithiumdraad in het hart van de accu vanwege corrosie droog moet blijven.
Het idee van de ingenieurs is slim. Toch is er nog heel wat werk aan de winkel. Zo zullen consumenten hun buigzame accu wel vaker dan negentig keer willen opladen. En het vele buigen zou er ook voor kunnen zorgen dat de elektroden na verloop van tijd permanent van vorm veranderen, wat kortsluiting kan veroorzaken.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.