Lithium (paars) met TFSI

Zout met een heel klein beetje water kan de huidige organische elektrolyten vervangen in lithium-ionaccu’s . De accu blijft bruikbaar en hij vliegt tenminste niet in brand, suggereert een Amerikaanse publicatie in Science.

Zulke waterige elektrolyten zijn eerder geprobeerd. Maar het was nooit een succes omdat water al bij een potentiaalverschil van 1,23 V begint te ontleden terwijl Li-ionaccu’s gewoonlijk worden ontworpen om minstens 3 V te leveren. Vandaar dat commerciële accu’s organische vloeistoffen bevatten die elektrochemisch een stuk stabieler zijn, maar helaas wel heel erg brandbaar.

Chunsheng Wang, Kang Xu en collega’s willen het oplossen met water dat zó veel lithiumzout bevat dat je beter over water in zout kunt spreken dan over zout in water.

Om precies te zijn gebruiken ze daarbij lithiumbis(trifluormethaansulfonyl)imide, afgekort LiTFSI. Hiervan kun je meer dan 20 mol oplossen in een liter water voordat de brijn formeel verzadigd raakt. Tegen die tijd zijn er veel te weinig watermoleculen over om elk zoution netjes te omringen, zodat de ionen ook onderling zeer sterke interacties blijven vertonen en je een vloeistof krijgt met heel aparte fysisch-chemische eigenschappen. De publicatie verraadt dat de auteurs zelf slechts kunnen gissen naar wat er precies gebeurt.

Het gevolg is wel dat er nu minstens 3 V nodig is om water merkbaar te laten ontleden. Voor het grootste deel ligt dat aan de omringing van watermoleculen door zoutionen, een klein deel is te danken aan de vorming van een watervrije grenslaag tussen de anode en het elektrolyt.

De onderzoekers hebben dit elektrolyt verwerkt in een Li-ionaccu met een Mo6S8-anode en een LiMn2O4-kathode. Die combinatie levert een 2,3 V-accu op, en in de praktijk bleek het prototype na meer dan duizend laadcycli nog goed te werken.

bron: Science