Stel je een batterij voor die tientallen jaren kan worden opgeladen. Nooit meer van mobiele telefoons af omdat de batterij minder lang meegaat. Geen stortplaatsen meer gevuld met lithium-ionbatterijen.
Dit is een stap dichter bij de realiteit, dankzij het werk van onderzoekers van de Universiteit van Californië in Irvine.
De ontdekking die zou kunnen leiden tot batterijen met een zeer lange levensduur, gebeurde door serendipiteit. Een team van onderzoekers onder leiding van Reginald Penner, voorzitter van de afdeling chemie van de universiteit, had nanodraden bestudeerd, kleine geleidende draden die veelbelovend zijn voor gebruik in batterijen. Het probleem is dat nanodraden fragiel zijn en over het algemeen beginnen te rafelen en barsten na een bepaald aantal laadcycli.
Op een dag besloot Mya Le Thai, een promovendus in het lab van Penner, een bevlieging om de vloeibare elektrolyt rondom de nanodraadsamenstelling om te schakelen met een gelversie.
"Ze begon deze gelcondensatoren te fietsen, en dat was toen we de verrassing kregen", herinnert Penner zich. "Ze zei: 'dit ding heeft 10.000 cycli gefietst en het gaat nog steeds.' Ze kwam een paar dagen later terug en zei 'het fietst al 30.000 cycli'. Dat bleef een maand doorgaan. ”
Het team besefte dat ze iets speciaals in handen hadden. Hoewel ze nog steeds niet zeker weten waarom het gebruik van een gel-elektrolyt voorkomt dat de nanodraden afbreken, hebben ze een hypothese. De gel, legt Penner uit, is ongeveer zo dik als pindakaas. De nanodraden, die honderden keren dunner zijn dan mensenhaar en gemaakt van mangaanoxide, zijn 80 procent poreus. Na verloop van tijd sijpelt de dikke gel langzaam in de poriën in de nanodraden en maakt ze zachter. Deze zachtheid vermindert hun kwetsbaarheid.
"Na 5000 cycli met normale vloeistof beginnen [de nanodraden] te breken", zegt Penner. “En dan beginnen ze eraf te vallen. Dat gebeurt allemaal niet in de gel. "
Op dit moment werkt het team aan het testen van deze hypothese. Als het correct is, blijven ze experimenteren met verschillende soorten materialen en gels om te zien wat het beste werkt. Als het werk zou doorgaan, zouden de met gel verpakte nanodraden uiteindelijk een component kunnen worden in batterijen die zeer lang meegaan. Dit is waarschijnlijk enkele jaren later, zegt Penner, hoewel hij oproepen van bedrijven heeft geinteresseerd die geïnteresseerd zijn in de oprichting van zijn lab.
"Het grote plaatje is dat er misschien een heel eenvoudige manier is om nanodraden te stabiliseren van het type dat we hebben bestudeerd, " zegt Penner. "Als dit over het algemeen waar blijkt te zijn, zou het een grote vooruitgang voor de gemeenschap zijn."
Aangezien de meeste huishoudelijke elektronica een levensduur heeft die wordt beperkt door factoren naast de levensduur van de batterij, kan een batterij die tien jaar of twee meegaat, gemakkelijk het apparaat overleven dat hij voedt.
"Als u 100.000 cycli uit een lithium-ionbatterij zou kunnen halen, zou dit kunnen betekenen dat u er nooit twee hoeft te kopen", zegt Penner. "We hebben het over een levensduur van 20 jaar, misschien zelfs langer dan dat."
