Koolstof 3DOm structuur

Een zogeheten 3DOm koolstofstructuur met een laagje ijzeroxide als stabilisator van Li-O2 batterijen verbetert de levensduur aanzienlijk. Onderzoekers van het Boston College melden dit in Angewandte Chemie.

Lithium-luchtbatterijen hebben de potentie om veel energie op te slaan. Ze wekken stroom op door lithium te oxideren bij de anode en zuurstof te reduceren bij de kathode. Deze kathode hebben deze onderzoekers gemaakt van een poreuze 3DOm koolstofstructuur, een kubus van koolstof met gelijkmatige poriën waar de zuurstof in kan reageren.

Helaas is de levensduur nu nog erg kort omdat er tijdens het gebruik bijproducten zoals LiCO3 ontstaan die de reductie van LiO2 in de weg staan. De elektrolyt in de batterij reageert namelijk met de koolstof tot vervelende bijproducten.

Hoe deze reactie precies gaat is niet duidelijk. Daarom hebben Dunwei Wang en zijn collega’s dit onderzocht met de 3DOm koolstofstructuur. De poriën in deze structuur zijn makkelijk aan te passen, dus kunnen de onderzoekers de reactie goed in de gaten houden.

De poriën van de koolstof blijken dicht te slibben als de bijproducten zich aan het oppervlak hechten. Dit is op te oplossen met een laagje van ijzeroxide op de koolstof, zodat het niet kan reageren. Daarnaast voegen de onderzoekers ook palladium nanodeeltjes toe als katalysator voor de reductie van zuurstof, zodat de werking van de batterij gelijk blijft.

Uiteindelijk kun je het nieuwe systeem 68 keer opladen en weer leeg laten lopen zonder verval. Dit is vier keer zo vaak als in de oude situatie. Het belangrijkste bijproduct Li2CO3 is ook niet meer gedetecteerd, dus de coating is effectief. De onderzoekers richten hun pijlen nu op het verbeteren van de andere onderdelen van de batterij.