Ingenieurs in China hebben een nieuw natrium-zwavelbatterijontwerp onthuld dat een potentieel veiliger en goedkoper alternatief biedt voor lithium-iontechnologie. Deze doorbraak komt tegemoet aan de groeiende bezorgdheid over de veiligheidsrisico’s van lithium, de stijgende kosten en de kwetsbaarheden in de toeleveringsketen.
Het lithiumprobleem
Lithiumbatterijen voorzien talloze apparaten van stroom, van smartphones tot elektrische voertuigen. Hun afhankelijkheid van lithium vormt echter een aanzienlijke uitdaging: lithium is gevoelig voor oververhitting, kan onder bepaalde omstandigheden vlam vatten en de winning ervan uit natuurlijke bronnen is zowel duur als voor het milieu problematisch. De vraag naar lithium neemt snel toe, waardoor deze problemen nog urgenter worden.
Eerdere pogingen met natrium-zwavel mislukten
Natrium-zwavelbatterijen worden lange tijd als een haalbaar alternatief beschouwd, maar eerdere iteraties hadden te maken met kritische beperkingen. Eerdere ontwerpen vereisten grote hoeveelheden natriummetaal, waardoor ze vanwege veiligheids- en kostenoverwegingen onpraktisch waren voor wijdverbreid gebruik. Ze hadden ook moeite om de noodzakelijke chemische reacties efficiënt op kamertemperatuur te initiëren. Zoals onderzoekers in een recent onderzoek van Nature opmerkten: “Het gebruik van substantieel natriummetaal… ondermijnt de veiligheid en kosteneffectiviteit.”
De nieuwe doorbraak
Het Chinese onderzoeksteam heeft deze hindernissen omzeild door de chemische reactie in de batterij te optimaliseren. Hun ontwerp maakt gebruik van een hoogspannings-, anodevrije structuur die betrouwbaar functioneert bij kamertemperatuur. De nieuwe accu haalt een ontlaadspanning van 3,6 volt – een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de 1,6 volt van eerdere modellen.
Kosten- en veiligheidsvoordelen
Er wordt beweerd dat de nieuwe natrium-zwavelbatterij aanzienlijk goedkoper te produceren is dan de huidige alternatieven, met potentieel honderd keer lagere kosten dan bestaande natriumbatterijen. Cruciaal is dat er gebruik wordt gemaakt van een niet-ontvlambare elektrolyt, in tegenstelling tot de vluchtige vloeibare elektrolyten die in standaard lithiumbatterijen worden aangetroffen. Deze niet-ontvlambaarheid komt tegemoet aan een groot veiligheidsprobleem dat verband houdt met de lithium-iontechnologie.
Verder onderzoek nodig
De onderzoekers benadrukken dat de veiligheid op lange termijn en op grote schaal van de chemische componenten van de batterij nog steeds een grondige evaluatie vereist. Ondanks dit voorbehoud houdt het ontwerp een enorme belofte in voor het aanpakken van de huidige supply chain-problemen en veiligheidsproblemen in de batterijtechnologie.
Potentiële toepassingen
Het team is van mening dat hun anodevrije natrium-zwavelbatterij zeer geschikt is voor energieopslag op netschaal en voor het voeden van draagbare elektronica. De combinatie van kosteneffectiviteit, veiligheid en prestaties van het ontwerp zou het een disruptieve kracht op de batterijmarkt kunnen maken.
Uiteindelijk biedt deze nieuwe batterijtechnologie een cruciale stap in de richting van een duurzamere en veiligere toekomst voor energieopslag. De sleutel zal zijn of deze laboratoriumresultaten zich vertalen in stabiele, betrouwbare prestaties op schaal.
