Het Belgische technologie-instituut imec heeft een energiedichtheid van 400Wh per liter bereikt op basis van lithiummetaalcellen van een solidstateaccu. Dat is een verdubbeling ten opzichte van wat het Leuvense instituut een jaar geleden haalde.
Een cel van de solidstatelithiumaccu heeft een energiedichtheid van 400Wh/l en kan in twee uur worden opgeladen. Ruim een jaar geleden bereikte imec een energiedichtheid van 200Wh/l. Met deze verdubbeling volgt het instituut een routekaart om tegen 2024 een solidstateaccu te hebben die de prestaties van een lithium-ionaccu met vloeibare elektrolyten kan overtreffen, met een energiedichtheid van 1000Wh/l en een laadsnelheid van minder dan een half uur.
Om deze energiedichtheid stapsgewijs te verhogen, gebruikt imec vaste elektrolyten op basis van nanocomposieten, in combinatie met kathodes van lithium-ijzerfosfaat en anodes die uit metallisch lithium bestaan. Dat maakt een energiedichtheid van 400Wh per liter en een laadsnelheid van twee uur mogelijk, wat volgens imec een recordcombinatie is voor een solidstateaccu. Het gebruik van nanocomposieten leidt tot een beter transport van de lithium-ionen. Het wordt aangebracht als een vloeistof die zich als het ware nestelt in de ruimte tussen de anode en de kathode. De vloeistof wordt hard en vormt kanaaltjes in de elektrolyt, zodat de ionen zich snel door het materiaal van de elektrolyt kunnen bewegen.
Philippe Vereecken, wetenschappelijk directeur van imec en hoogleraar aan de KU Leuven, licht toe dat voor het bereiken van 400Wh/l een nieuwe generatie cellen is gebruikt met lithiummetaal als anode. Hij zegt dat dit altijd al het doel was. Vorig jaar, toen tijdens de eerste demonstratie 200Wh/l werd gehaald, bestond de anode nog uit aluminium-lithiumlegeringen. Dit proces is verder verbeterd; er zijn dikkere elektrodes toegepast en ook de elektrolyt is verder verbeterd. Door middel van onder meer ontwikkelingen op het vlak van de materialen moet de energiedichtheid uiteindelijk toenemen tot 1000Wh/l. Daarbij zal ook de celgrootte worden opgeschaald. Nu zijn nog kleine knoopcellen gebruikt, maar imec is al begonnen met het opschalen om grotere pouch cellen te maken. Dat maakt het mogelijk om meer te gaan kijken naar aspecten zoals de levensduur.
Volgens imec is er nog wel enige ruimte om hedendaagse lithium-ionaccu's te verbeteren, maar dat zou niet genoeg zijn om bijvoorbeeld het bereik van elektrische voertuigen op significante wijze te verhogen. Op basis van deze vaststelling is het instituut bezig met het vervangen van de 'natte' elektrolyten door vast materiaal, zodat er een basis ontstaat om de energiedichtheid van accucellen verder te kunnen verhogen.