Siliciumpoeder verdrievoudigt accuduur

Onderzoekers van de Rice University in Texas hebben een materiaal van gemalen silicium ontwikkeld dat grafiet in Li-Ion-accu's kan vervangen om de batterijduur te verdrievoudigen.


Silicium kan tien keer zoveel lithium-ionen vasthouden dan grafiet dat een populaire stof is in batterijen. Maar het oppervlakte van deze stof neemt toe en slinkt weer bij het elektrochemisch proces waarin energie wordt opgewekt. Dat beschadigt het materiaal en daardoor is het onbruikbaar in moderne accu's.

Wetenschappers hebben vormen van silicium ontwikkeld dat minder te lijden heeft onder deze uitzetting door het toepassen van nanodraden om het materiaal bij elkaar te houden. De productie van dit materiaal is echter behoorlijk duur. Onderzoekers van Rice University proberen het op een andere manier door een structuur te maken dat het materiaal meer ruimte geeft om uit te zetten. Deze siliciumlagen zijn nog steeds lastig te verwerken in batterijen.

Nu hebben de onderzoekers hun silicium tot een poeder gemalen zodat het wel door fabrikanten gebruikt kan worden in plaats van grafiet. Het siliciumpoeder heeft een groot oppervlakte waardoor het meer lithium-ionen kan vasthouden en tests wijzen uit dat het laadproces 1000 mAh per gram aankan. Bij grafiet is dat 350 mAh/g.

Besparen door zuinig rekenen

Sinds de komst van de lithium-ion-accu worden voordelen voornamelijk gehaald uit andere samenstellingen van de chemicaliŽn die worden gebruikt. In plaats van grafiet en lithium-kobalt-oxide worden andere materialen gebruikte en gespeeld met verschillende anodes en kathodes.

De afgelopen jaren zijn er weinig schokkende veranderingen gebeurd op het gebied van accumaterialen die ook daadwerkelijk op grote schaal zijn toe te passen. Juist met energiehongerige mobiele apparaten zoeken fabrikanten naar energiebesparende oplossingen en deze worden vooral gevonden in efficiŽnter gebruik van hardware.

Chipfabrikanten halen de besparing bijvoorbeeld uit een efficiŽntere berekening waardoor een processor met minder kloktikken hetzelfde resultaat behaald. De ARM-architectuur heeft hier een goede reputatie mee bereikt en processors in de mobiele industrie draaien grotendeels op ARM. Intel probeert hetzelfde te bereiken door x86 efficiŽnter te krijgen om sneller en dus zuiniger te rekenen en door meer rekenkernen parallel te laten werken.

Diverse onderdelen in mobiele infrastructuur moeten energie gaan gebruiken. Een zuinigere signaalversterker hier en een voltageaanpassing daar zorgt ervoor dat chipsets in stroomvretende apparaten steeds minder accukracht verbruiken. Dit zijn steeds kleine stapjes en daarom kijkt de wereld reikhalzend uit naar een batterijdoorbraak waardoor accu's zelf bruikbaarder zijn in mobiele apparaten.

Grafeen aan de horizon

Die grote doorbraak wordt verwacht van grafeen. Dit materiaal wordt bijna gezien als een soort wonderstof waarmee zichzelf herstellend materiaal, automatisch opladen uit omgevingselektriciteit en supersnel opladen in het verschiet lijken te liggen.

Grafeen is een materiaal van koolstofatomen dat in een honingraatstructuur is geplaatst. Deze nanobuisjes hebben een dikte van ťťn atoom. Grafeen geleidt hitte en elektriciteit (tot duizend keer beter dan koper) en kan potentieel worden gebruikt voor een groot aantal toepassingen. Daarom worden ontwikkelingen op dit gebied met grote interesse gevolgd.

Het probleem met de stof is dat het lastig is om in grote hoeveelheden te produceren. Daarbij is het ook nog eens duur om te maken. Dat is de reden dat het materiaal (nog) niet geschikt gevonden voor massaproductie, maar ook hier doemt vooruitgang op aan de horizon. Poolse wetenschappers hebben een manier ontwikkeld om lagen grafeen te produceren.

Het siliciumpoeder dat onderzoekers van Rice University hebben ontwikkeld is ook nog niet klaar voor massaproductie. De capaciteit van het materiaal is aangetoond, maar de volgende stap is het vervangen van de anode in een accu door het nieuwe materiaal. Volgens de onderzoekers is er nu al veel succes geboekt met een traditionele kathode, maar ze zijn enthousiast om nieuwe materialen te proberen.