Lithium-luchtbatterij belooft tien keer zo grote opslagcapaciteit

Share Button

De doorbraak van elektrische  auto’s wordt geremd door slechts één barrière: het ontbreken van een lichte, compacte en betaalbare accu. De lithium-lucht accu, waar we al eerder over schreven, belooft minimaal een tien keer zo grote capaciteit voor hetzelfde gewicht. Wordt dit de doorbraak waar we al jaren op wachten?

Fata morgana
Lithium-lucht batterijen zijn, vergeleken met de nu in zwang zijnde lithium-ion batterijen, potentieel in staat de capaciteit enorm te verhogen. Dit, omdat lithium-luchtbatterijen gebruik maken van de zuurstof uit de lucht in plaats van een zwaar molecuul dat de elektronen van het lithium opneemt. Lithium wordt dan omgezet in lithiumperoxide, Li2O2. Tot zover de theorie. Het gewichtsrendement van een dergelijke batterij is enorm: lithium, het lichtste metaal dat onder aardse omstandigheden bestaat, heeft een atoommassa van 6, dus absorbeert hier per drie atomaire massa-eenheden een elektron. Ter vergelijking: de welbekende “loodzware” lood-sulfaataccu uit auto’s met een verbrandingsmotor heeft daar rond de 150 atomaire massa-eenheden voor nodig, met bovendien een lagere bronspanning. De praktijk is heel wat weerbarstiger. Weliswaar is er vooruitgang geboekt bij de instroom van lucht in de batterij en de zuurstof ook werkelijk laten reageren met het lithium, maar er is een vervelend probleem: zuurstof reageert ook met de onderdelen van de batterij waarbij dat niet de bedoeling is.

Lithium, het lichtste vaste element, is een veelbelovend materiaal voor energieopslag. Bron: Wikipedia

Lithium, het lichtste vaste element, is een veelbelovend materiaal voor energieopslag. Bron: Wikipedia

Eindelijk lithium-luchtbatterij met lange levensduur?
Het gevolg is dat de lithium-luchtbatterij maar enkele keren opgeladen kan worden voordat deze de geest geeft. Nu hebben onderzoekers een materiaal gevonden dat niet met zuurstof reageert, waardoor de batterij ook meerdere keren opladen blijft functioneren.  Nog meer goed nieuws is dat de batterij in theorie meer dan tien maal zoveel energie kan opslaan als een lithium-ion batterij met dezelfde massa.Hierbij slaagden ze erin te voorkomen dat in het proces van omzetting van lithium in lithium peroxide, er een zuurstofradicaal ontstaat. Een radicaal is een incompleet molecuul met een niet-gebonden elektron en hierdoor chemisch extreem agressief. Dit radicaal tast de elektrolyt aan dat geladen ionen van de ene elektrode naar de andere transporteert. De vorming van het zuurstofradicaal is  onvermijdelijk, maar de gevoeligheid van de elektrolyt voor zuurstofradicalen kan worden vermeden.

Nauwelijks capaciteitsverlies na honderd keer opladen
De auteurs ontdekten een mengsel van een koolwaterstof  (tetraetheen-glycol dimethyl ether) en het lithiumzout LiCF3SO3 dat bestand bleek tegen het radicaal. Dit werkte goed op kamertemperatuur en, nog prettiger, het bleek de zuurstofreacties zo snel te doorlopen dat er nauwelijks tussenproducten te meten waren. LiCO3+, dat wordt gevormd als zuurstof met lithium en de koolstofelektrode reageert (een teken dat de elektrode wordt aangetast), werd niet aangetroffen, aldus de auteurs. In de proefopstelling bleek dat ook: na de honderdste keer opladen vond er nauwelijks capaciteitsverlies plaats vergeleken met de twintigste keer opladen. Voor een auto betekent dat al gauw een levensduur van minstens twee jaar. Ook bij verschillende lading bleek het materiaal goed te presteren.

Extreem hoge energiedichtheid
Hoewel het elektrodemateriaal niet altijd het zwaarste deel van de accu vormt, wat vergelijken moeilijk maakt, biedt dit toch de nodige perspectieven. Bij een hoge ontladingssnelheid is de accu volgens de auteurs in staat 13,5 kWh per kg elektrode op te slaan. Dat is meer chemische energie dan er in een liter benzine of diesel zit en, aangezien elektromotoren bijna 100% efficiënt zijn, betekent dat het bereik van een dergelijke auto meer dan tien maal groter zal zijn dan dat van een benzineauto. De auteurs zijn voorzichtiger en gaan uit van een factor tien lager, maar zelfs dan zou deze techniek bestaande batterijen, met een capaciteit van rond de 0,15 kWh per kg, verre overtreffen. Kortom: laten we hopen dat deze techniek deze beweringen waarmaakt.
Hiermee zou het peak-oil probleem geheel opgelost zijn – zonnepanelen zijn nu al goedkoop genoeg om aardolie als energiebron weg te concurreren.

Lees ook
Elektrische auto met meer bereik dan een benzineauto

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

21 reacties

  1. Bemoeier schreef:

    Zo wat zullen ze balen bij Shell.

  2. AltijdWat schreef:

    Wanneer zou deze technologie beschikbaar worden?

  3. antares schreef:

    Super interessant, dat zeer zeker. Maar ik vraag mij ook af, zijn er lithium concentraties aangetroffen in het waddengebied, in de bodem bij die verzonken vulkaan daar? Kan iemand ons daar meer over vertellen. Als dit namelijk gevonden wordt in voldoende hoge concentraties, dan zijn we vanaf dat moment volledig onafhankelijk van fossiele brandstoffen voor ons vervoer, zodra die Lithium-luchtbatterrij uitontwikkeld is. In de docu die ik gezien heb, was de concentratie lithium gebonden aan voormalig onderzees, vulkanisch gebied.

    • Anton schreef:

      antares
       
      Zou je de naam van die documentaire kunnen vermelden?
      Ben erg nieuwsgierig.

      • antares schreef:

        Hallo Anton.

        Ik zou je graag terwille zijn in deze, en heb de gids tot drie weken terug uitgeplozen. Probleem is nu, op NGC noemen ze dit “Megafactories”, waardoor je de juiste documentaire zo eenvoudig niet kunt terugvinden. Op Mining.com en dan tag: lithium, vind je redelijk wat video’s over vindplaatsen en productiemethoden over de hele wereld. Lithium is ook een zout, dat o.a. voor medische doeleinden wordt gebruikt, als je op die pagina’s terechtkomt, kun je beter lithium mining invoeren op het zoekvenster. Ik kan de link niet copiëren naar dit kommentaar, deze ouwe bak waar ik nu aan zit, wil niet copiëren en plakken. :) 

        • antares schreef:

          Houd overigens ernstig rekening met sabotage van je windows programma’s, als je deze amerikaanse sites bezoekt. Tot nu toe werd iedere keer dat ik ze bezocht, daarna mijn programma ernstig verstoort, anders nooit. Blijkbaar zitten ze er niet op te wachten dat wijzelf een lithiumbron hier in Nederland ontdekken. Het enige dat je dan nog kunt doen, is systeemherstel. Maar ondanks dat, slaagden ze er toch in om op commando van buiten, de computer onverwachts af te sluiten naar blijkbaar hun behoeften iets te installeren. Het interesseert mij natuurlijk geen fluit wat ze doen, mijn zegje is gezegd. Wij hebben per slot van rekening ook onze belangen. Misschien is jouw computer beter beschermd hoop ik. Van mij mogen ze lezen wat ik schrijf, ik doe niets verkeerd. :)

        • Germen schreef:

          In feite zit het meeste lithium opgelost in zeewater. Lithium lost beter op dan natrium. Salar del Uyuni,bijvorbeeld, is een opgedroogd zoutmeer waar het zout uit is gekristalliseerd en de lithiumconcentratie in de overgebleven pekel onder het meer erg hoog is. Ik durf te wedden dat het in Oost-Iran in de zoutmeren vn de Woestijn van Lut ook stikt van lithiumrijke zoutafzettingen.

        • antares schreef:

          Zou best eens kunnen. In ieder geval vond ik de opmerking van wetenschappers, dat de concentratie lithium in voormalig vulkanisch onderzeese gebieden het grootst is, voor Nederland interessant. Zou een mooi opstekertje voor de economie zijn hier, en als we dat ook daadwerkelijk vinden, geen milieubelasting voor wat de zoutwinning ervan hier betreft.

        • c schreef:

          Het zijn juist de mensen die niets verkeerds doen en eigenlijk de goede en gezonde krachten in onze beschavingen zijn.  Maar met elk woord van waarheid en goede wil stoot je op elke hoek de belangen en agendas verhulde misdrijven en plannen voor het hoofd. En die behoren aan uiteraard de gevestigde orde, de machthebbers. De meestendeels supposed problemen niet oplossen is oa. een van hun voortbestaande major inkomens en auroriteitsrecht.
           
          Denk alleen al hoe overheden, politiek, al decennia slepen met items, en geen oplossing in de verte ook. Alle had al lang anders kunnen zijn, maar de gevestigde belangen, waarvan meesten extreemst schadelijk. Denk aan globalisatie, en er bijgaande vliegverkeer wat 3°C of meer al uitmaakt.  Daar hoor je ze niet over. Wel (50.000 miljard? Althans een traumatiserend shockerend formidabel bedrag) willen die G7 voor windmolenplannen.En wel energiebelasting willen. En nog moeten we zelf dan maar de piepschuim en panelen kopen als we zo graag willen. Wat heel moeilijk is met al die armoedezaaingen en onvermogens daardoor.
           
          Kernfusie pompen nog jaarlijks miljarden in, terwijl ze weten de benodigde druk voor een nut nooit te zullen kunnen opwekken. Kernsplitsing staat ook onder gelijkende verdenkingen, naast kritieken al op de noodzaak van bouw van blingbling cern.
           
          Juist die niets te verbergen maar alles te zeggen hebben, krijgen virussen en geweld voor de kiezen. Altijd al zo geweest. Alles is heel dieptriest steeds maar.
           
          Het ziet er toch naar uit dat we toch eerst zullen wel moeten overstappen op een voldoende vast inkomen voor iedereen, al dan niet werkende, als grondfundament voor zekerheid en veiligheid, daarmee niemand nog buiten de boot valt, wat een verandering van zielehouding en gedragskeuzes vast rigoreus zou kunnen helpen boven alle andere acties nog die maar symptoom zijn. En wat een rust dan eindelijk.

  4. Picobyte schreef:

    Betere batterijen is altijd goed maar er zijn nog een paar dingen die ook geregeld moeten zijn voor iedereen elektrisch kan rijden.
    Het cyclus rendement bijvoorbeeld,hoeveel KWh stop je er in en hoeveel KWh hou je dan over om mee te rijden?
    Die stroom moet ergens vandaan komen,ook in de winter bij weinig wind.
    Ons stroomnet is al aan de limiet,en als alle personenauto’s elektrisch gaan rijden dan moet er enorm worden uitgebouwd.
    Dat begint al in de woonwijk waar de transformators niet berekend zijn op 50KWh per dag extra per huishouden,een vertienvoudiging van de vraag!
    Dat uitbreiden duurt op het hoogspanningsnet wegens procedures vanuit oa de milieulobby bovendien ontzettend lang in dit land.
    Zonnepanelen op je dak leggen om je auto op te laden is een leuk idee maar onhaalbaar,dan moet je een enorm dak hebben en een enorme zak geld om er de benodigde 100KWp neer te kunnen leggen(das ca vijfhonderd tot duizend panelen).
    Omdat realistische oplossingen voor stroombuffering voorlopig nog niet zijn uitgevonden lijkt mij het verstandig om ook een paar kerncentrales neer te zetten dicht bij de grote steden om al die accu’s op te laden.
    Scheelt netverzwaring in het transportnet en het is milieuvriendelijker dan kolen gas en zelfs windenergie.
    Bovendien neemt zo’n centrale een stuk minder ruimte in dan die lelijke gehaktmolens en is bovenal heel veel goedkoper.

    • antares schreef:

      Hoe kom je aan die 50Kwh per dag, per gezin? Dat het huidige net dit niet op kan brengen ligt voor de hand, maar dergelijk verbruik is niet realistisch. Lang niet iedereen gaat met de auto op pad in de stad. Veel gaan met het openbaar vervoer, de fiets, of scooter, om maar een paar voorbeelden te noemen. Daarnaast, de aangesloten opgeladen auto’s die niet gebruikt worden per gezin, worden met de mogelijkheid van een terugkoppeling naar het net uitgerust. Dit om piekbelastingen op te vangen. Zo’n systeem is al in gebruik bij windmolens, zonnepanelen, bedrijven die over hun eigen energievoorziening beschikken, maar ook voor auto’s die aan de lader staan is dit al ontworpen. Daarnaast, de Lithium-luchtbatterij is uitgevonden, dus het zit er dik in dat deze enorme opslagcapaciteit ook toegepast gaat worden bij woningen zonder elektrisch aangedreven voertuigen. Transformators in woonwijken worden ongetwijfeld ook uitgerust met dergelijke opslagmogelijkheden, ook daarvoor is buiten de lithium opslag, al een andere nieuwe en werkende opslagcapaciteit ontworpen. Een mooi artikel van Douwe laat dat zien, ben even de naam kwijt. Er wordt met man en macht gewerkt aan oplossingen, door gemotiveerde wetenschappers en ingenieurs, ik zie geen reden tot pessimisme in die richting, je moet ontwikkelingen de tijd geven.

  5. Picobyte schreef:

    @antares
    Hoe ik aan de getallen kom is eenvoudig en inderdaad niet in iedere wijk het zelfde.
    Een gezin met twee of drie kinderen zal als die kinderen volwassen worden meer auto’s/kilometers tellen dan een vrijgezel.
    Kinderrijke jonge buurten met twee werkende ouders hebben bij aanvang al twee auto’s in gebruik.
    Als die mensen de zekerheid willen ook op hun werk te kunnen komen dan lenen ze hun autoaccu niet als stroombuffer om in de ochtend er achter te komen dat hun accu die nacht half leeg is getrokken.
    Natuurlijk is dat met een grotere batterij wel op te lossen maar dan wordt het laden daarvan een nog grotere aanslag op het stroomnet en extra gewicht daar zit de automobilist geheel al niet op te wachten.
    De kinderen zelf gaan later ook auto rijden en dus nog meer stroom trekken.
    Ik weet niet hoe je de opslag bij transformatorhuisjes wil financieren want dat kost klauwen vol geld en rendementsverlies met jouw idee van batterijen.
    Er moet extra veel stroom worden opgewekt om de verliezen van batterijen laden/ontladen te compenseren.
    En dan kijken we alleen naar de consumentenmarkt,wil je heel de industrie en het vrachtvervoer er ook bij betrekken dan wordt ons kabinetsbeleid pas echt infantiel.
    Een tram trekt op met bijna een MegaWatt een trein kan wel vijf MegaWatt trekken en vrachtwagens die trekken per stuk ook al dik een MegaWatt.
    Hoogovens heeft een eigen centrale omdat die lachend 600MW continue trekken en dan heb ik het nog niet over aluminium smelters,chemischhe industrie en al het andere dat ons land rijk is.
    Een batterij bouwen die tijdens zon arme winterdagen dat vermogen kan compenseren is niet te betalen.
    Zelfs een idee als stuwmeren bouwen op het IJsselmeer of zee met hoge dijken is dan idioot duur en lastig ivbm kwelwaterdruk bij de benodigde hoogteverschillen.
    Het beste idee dat ik nu heb gezien was van die duitser die een stuk graniet van meerdere vierkante kilometers een paar honderd meter hydraulisch omhoog wil drukken.
    En ook dat kost al een bom geld.
    Feit is gewoon dat we realistisch moeten blijven en dat doet de Gasunie ook,die leggen momenteel extra aardgasleidingen aan om de gasturbines te voedden die geplaatst worden om in te vallen bij harde wind of een wind te kort.
    Feit is gewoon dat een liter benzine makkelijker vervoerbaar is dan het energie equivalent in aardgas waterstof of stroom en onze netwerken daarop aangepast zijn.
    Bovendien is stroom met de huidige techniek niet rendabel verder te vervoeren dan ca 3000KM tenzij je het heel goedkoop kan inkopen van China of een kerncentrale maar zet dan je kerncentrale gewoon wat dichterbij ;)
     

    • antares schreef:

      Beste Picobite.

      Let’s agree to disagree, want anders wordt het een toerloos herhalen van argumenten en tegen argumenten. Ik ben optimistischer dan jij, voor wat dit soort concepten en de mogelijkheden ervan zijn, op eigen gronden. Die maken die van jou niet minder geldig op jouw gronden, die even logisch zijn in mijn ogen. Mogelijk ben ik wel te optimistisch, maar ik denk maar zo, je weet nooit wat de toekomst ons nog zal brengen. ;)

      • Picobyte schreef:

        Ja eens worden wij het niet maar dat is helemaal niet erg.
        Als iedereen het zelfde er over dacht kunnen deze panelen ook wel dicht. ;)
        Momenteel zie ik problemen ontstaan omdat er wel windmolens en zonnebanken worden gebouwd en dat vooralsnog er op de redelijke termijn geen uitzicht is op efficiënte stroombufferring.
        Er komt een hoop kijken bij het regelen van ons stroom transport net.
        Een positieve kant is er ook,Als meer en meer mensen elektrisch gaan rijden en ook het vrachtvervoer volgt wordt de totaal vraag naar stroom ruim verdubbeld waardoor de inpassing van het huidige aanbod windenergie in Duitsland heel wat beter tot zijn recht komt.
        Voorlopig moeten we het doen met wat wel al in productie is.En ik vermoed dat we uiteindelijk toch gaan voor kernenergie in combinatie met veel zon omdat die zo mooi het dagritme volgt.Bovendien schijnt meestal de zon als conventionele centrales hun productie moeten terugschroeven omdat ze het heet hebben.
        Mensen vinden kern energie eng maar als je er niet bang voor bent is het een prima alternatief dat je zelfs ondergronds kan wegstoppen of op de zeebodem legt,tsunami?? boeiuh ding ligt al in het water.
        In een bunker in de zanderige Noordzeebodem.Kan mooi gebruik maken van de DC kabels die nu gelegd worden voor windmolens op zee.
        Ideeën zat verkiezingen binnenkort ;)
         
         

  6. Mikey schreef:

    Je hebt maar 20 panelen nodig om een beetje te kunnen rijden met een elektrische auto, mits je voldoende opslag hebt. Dus die batterij komt door ook goed van pas.

    Hieronder enkele cijfers die een indruk geven van het verbruik en de benodigde zonnepanelen (uitgaande van stekker naar wiel verbruik):

    Model
    kwh/100km
    bij 20.000 km/jaar in kwh
    benodigd piekvermogen zonnepanelen (Zuid-oriëntatie)
    benodigd paneeloppervlakte m2

    Tesla Roadster
    20,0
    4.000
    4.444
    29,63

    Nissan Leaf
    21,3
    4.250
    4.722
    31,48

    Peugeot iOn
    11,3
    2.256
    2.507
    16,71

    Citroën C-ZERO
    11,3
    2.256
    2.507
    16,71

    Mitsubishi i MiEV
    11,3
    2.256
    2.507
    16,71

     

  7. c schreef:

    Btw, lithium is een zeer gemeen gif. Bij binnendringen via bv pillen voor psychotische episodes gehad hebbende mensen, geeft dat een welliswaar stabiliserend maar ook als-of-men-dood-is-effect. Langdurig contact storten na ca 20 tot 40 jaar de zenuwen van uit elkaar, en krijgt men korsakoff bibberlichaampjes.
     
    Als u bedenkt hoe onze maatschappijen zijn vergiftigd met wollman Cr6zouten via tuinhout, is elk zulks batterij ook iets om vooral maar niet mee te spotten.
     
    Hoe het met al die garanties voor veiligheid en gezondheid staat weten we nu gepekeld en gezouten er mee toch echt wel, is het niet? Anders wil ik fukusjima en tsjernobil als idee nog ook wel even doneren. Weet u wel wat al zich al in onze lichamen bevindt? De vissen krijgen al tieten van ons rioolwater en de partygangs snuiven zich een hoedje er aan.

  8. c schreef:

    Btw, de bigkorpussen zijn al de kaalslag om bezit alle lithium ook al begonnen. Dus zo milieuvriendelijk is een lithiumtuutje dan ook weer niet, als de botjes van vorige grondeigenaren in de radiator steken? De oogjes van zeehondebabies (nederland?) u aankijken als ze aan uw voorraam kleven?
     
    Genocide met zeldzame stoffen, oorlogen joy. Is wel afwisseling van dat eeuwig saaie oliegedoe.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger