CO2-ademende batterijen dichter bij de realiteit

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 21-05-2025

Illustratie van de synthese van het materiaal (CPM) en microfoto's die de structuur ervan tonen. [Afbeelding: Mahsa Masoudi et al. - 10.1002/advs.202502553]

Batterijen die CO2 inademen

Sinds de ontdekking van de technische mogelijkheid om lithium-luchtbatterijen te bouwen, hebben talloze onderzoeksgroepen hard gewerkt om deze 'ademende batterijen' levensvatbaar te maken.

Mahsa Masoudi en collega's aan de Universiteit van Surrey in het Verenigd Koninkrijk hebben een doorbraak bereikt op het gebied van groene batterijen . Deze batterijen slaan niet alleen meer energie op dan de huidige batterijen, maar kunnen ook helpen de uitstoot van broeikasgassen terug te dringen. Lithium- _CO2- batterijen geven energie vrij terwijl ze koolstofdioxide uit de atmosfeer opvangen. Het is een groener alternatief dat op een dag de huidige lithium-ionbatterijen mogelijk beter zal presteren.

Er bestaan ​​prototypes van lithium _-CO2 -batterijen, maar deze kampen met efficiëntieproblemen: ze raken snel versleten en ze zijn gemaakt van zeldzame en dure materialen zoals platina. En wat het allerergst is: ze kunnen niet worden opgeladen.

Masoudi vond een manier om al deze problemen te overwinnen door gebruik te maken van een goedkope katalysator genaamd cesiumfosfomolybdaat (CPM). Met behulp van computermodellen en laboratoriumexperimenten ontdekte het team dat deze eenvoudige verandering ervoor zorgt dat de batterij aanzienlijk meer energie kan opslaan, kan worden opgeladen bij een veel lagere spanning en meer dan 100 cycli kan functioneren.

"Een van de grootste uitdagingen met deze batterijen is iets dat 'overpotentieel' wordt genoemd: de extra energie die nodig is om de reactie op gang te brengen. Zie het als een heuvel op fietsen voordat je kunt afremmen. Wat we hebben aangetoond, is dat CPM deze heuvel afvlakt, wat betekent dat de batterij veel minder energie verliest bij elke lading en ontlading", aldus professor Siddharth Gadkari.

Katalytisch pad van de reactie die de batterij laat werken. [Afbeelding: Mahsa Masoudi et al. - 10.1002/advs.202502553]

Veelbelovend

Omdat hun batterij zo goed werkte, moest het team deze uit elkaar halen om de geheimen ervan te ontdekken.

Uit autopsietests is gebleken dat lithiumcarbonaat, de verbinding die ontstaat wanneer de batterij _CO2 absorbeert, betrouwbaar kan worden opgeslagen en verwijderd – een belangrijke eigenschap voor het verlengen van de levensduur van de batterij.

Vervolgens maakten de onderzoekers gebruik van computermodellen met behulp van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT), waarmee ze konden onderzoeken hoe chemische reacties zich op het oppervlak van het materiaal voltrekken. De resultaten lieten zien dat de stabiele, poreuze structuur van CPM het ideale oppervlak biedt voor chemische reacties die essentieel zijn voor energieopslag.

"Het spannende aan deze ontdekking is dat het robuuste prestaties combineert met eenvoud. We hebben aangetoond dat het mogelijk is om efficiënte lithium- _CO2- batterijen te bouwen met betaalbare en schaalbare materialen – zonder dat er zeldzame aardmetalen nodig zijn. Onze bevindingen effenen ook de weg voor de ontwikkeling van nog betere katalysatoren in de toekomst", aldus Gadkari.

Hoewel 100 laad- en ontlaadcycli niet voldoende zijn om over te gaan tot commercialisering, openen de behaalde resultaten nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van nog betere, goedkopere en eenvoudig te vervaardigen materialen. Met meer onderzoek naar de manier waarop deze katalysatoren interacteren met elektroden en elektrolyten, zouden lithium- _CO2- batterijen uiteindelijk een praktische manier kunnen worden om schone energie op te slaan en zo de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer te verminderen.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen