Een nieuwe chemische doorbraak met gestabiliseerd lithium zou veiligere, goedkopere lithium-ionbatterijen mogelijk kunnen maken

Hoewel velen beweren dat lithium-ionbatterijen (Li-ion) op de lange termijn kunnen worden vervangen door andere, veelbelovende batterijtechnologieën, blijft Li-ion relevant vanwege stapsgewijze verbeteringen en belooft het betere, veiligere en goedkopere Li-ion-batterijen op de lange termijn. toekomst.

Een van deze recente Li-ion-innovaties is afkomstig van het Amerikaanse Argonne National Laboratory en FMC Lithium, die gezamenlijk een nieuwe reeks materialen hebben ontwikkeld om het gebruik van gestabiliseerd lithiummetaalpoeder (SLMP) mogelijk te maken, dat het potentieel heeft om lithium-ion-ionen aan te drijven. batterijen veiliger en goedkoper.

Typische elektroden in lithium-ionbatterijen zijn gemaakt van lithiumpoeder dat is gemengd met bindmiddelen en oplosmiddelen, zodat het in de elektroden van de batterij kan worden opgenomen. Eenmaal geactiveerd, fungeren de lithiumdeeltjes als een bron van lithiumionen, die heen en weer pendelen tussen de twee elektroden terwijl de cel wordt opgeladen en ontladen.

Hoewel het gebruik van lithiumpoeder Li-ion-batterijen hun hoge energiedichtheid geeft, is ongestabiliseerd lithiumpoeder onstabiel in de lucht en kan het een ernstig veiligheidsrisico vormen tijdens de productie of tijdens gebruik als een Li-ion-batterij wordt blootgesteld aan schokken of schade. Hoewel de meeste batterijen zijn ontworpen om deze risico’s te minimaliseren, kan het vervangen van standaard lithiumpoeder door een gestabiliseerde variant Li-ion-batterijen veiliger en robuuster maken, waardoor de productiekosten en complexiteit mogelijk worden verlaagd.

Als reactie daarop ontwikkelde FMC Lithium – een dochteronderneming van het Amerikaanse chemiebedrijf FMC – in 2004 Stabilized Lithium Metal Powder (SLMP). SLMP bestaat uit uiterst fijne lithiumpoederdeeltjes die ter stabilisatie zijn voorzien van een beschermlaagje (zie onderstaande afbeelding). Hoewel het resulterende materiaal veilig genoeg is om in een droge productieomgeving te worden verwerkt, is het niet compatibel met traditionele bindmiddelen en oplosmiddelmaterialen die cruciaal zijn voor de productie van duurzame en hoogwaardige elektroden.

Afbeeldingsbron: Nationaal laboratorium Argonne

Als reactie hierop ontwikkelde een team van Argonne-chemici onder leiding van John Zhang een nieuw polymeerbindmiddel en oplosmiddelsysteem dat uitstekende compatibiliteit met SLMP aantoonde. De nieuwe combinatie van polymeerbindmiddel en oplosmiddel is slurry-compatibel en maakt een optimaal gebruik van het lithium mogelijk, aangezien het SLMP gelijkmatig over de elektrode wordt verdeeld. Argonne-onderzoekers hebben ook een nieuwe, eenvoudige, op compressie gebaseerde methode ontwikkeld voor het activeren van de SLMP, die het potentieel heeft om de productiekosten van Li-ion-batterijen aanzienlijk te verlagen.

Het baanbrekende onderzoek en de ontwikkeling leidden ertoe dat Zhang en zijn collega’s werden erkend met de prestigieuze Scientific Achievement Award van de FMC. Argonne Labs is momenteel bezig met het patenteren van de nieuwe combinatie van bindmiddel en oplosmiddel en de SLMP-activeringsmethode. Dit zal een aanvulling vormen op het brede scala aan patenten dat het onderzoeksinstituut al bezit op het gebied van batterijkathodetechnologie en dat het actief in licentie geeft aan de industrie aan grote spelers als GM, LG Chemicals en BASF.

Zhang onderstreept de katalytische rol van onderzoeksinstituten als Argonne en zegt: “Ons fundamentele onderzoek naar SLMP-technologie en de ontwikkeling van nieuwe methoden voor de toepassing van het lithiummetaalproduct in hoogenergetische Li-ion-batterijen voor elektrische voertuigen zijn een voorbeeld van hoe nationale laboratoria kan functioneren.” -Bedrijven helpen hun concurrentievoordeel op de wereldmarkt uit te breiden.”

De nauwe betrokkenheid van een in lithium gespecialiseerd FMC is ook een goed voorteken voor de toekomst van de Li-ion-technologie en voor SLMP, dat hogere energiedichtheden, een langere levensduur en lagere productiekosten belooft. En als het succes van Argonne Labs bij het ontwikkelen en commercialiseren van batterijtechnologieën een indicatie is, is de kans groot dat SLMP uiteindelijk zijn weg zal vinden naar daadwerkelijke apparaten en de Li-ion-batterijtechnologie concurrerend zal blijven houden.

Krediet bovenaan afbeelding: FMC-lithium