Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden en hun partners doen onderzoek aan nieuwe materialen voor opslag van elektrische energie. Ze infiltreren bijvoorbeeld een mat van koolstof nanobuisjes (carbon nano tubes ofwel CNT) met zwavel en krijgen op deze manier nieuwe materialen voor elektroden, met een interessante prijs. De hoge capaciteit van het materiaal maakt verdubbeling van de energiedichtheid mogelijk in vergelijking met de huidige verkrijgbare lithium-ionen batterijen.
Opslag van elektrische energie is een sleuteltechnologie. Knelpunt voor de meeste mobiele toepassingen is de energiedichtheid van de thans verkrijgbare batterijsystemen, die een maat is voor de maximale gebruiksduur tot de volgende laadcyclus. Om betere prestaties te krijgen dan met de bestaande systemen is onderzoek en ontwikkeling op het gebied van de materialen voor elektroden noodzakelijk.
Zwavelkathoden hebben voordelen ten opzichte van de tot nu toe gebruikte elektroden. Aan de ene kant is door de hoge capaciteit van zwavel een grotere energiedichtheid te bereiken, aan de andere kant is zwavel een goedkope, niet giftige en onbeperkt beschikbare grondstof. Zwavel heeft echter maar een gering geleidingsvermogen. Er moet daarom een geleidende matrix worden ingebracht, die het liefst op nanoschaal contacten maakt en zodoende elektrochemisch bruikbaar is.
Bijna perfect
De onderzoekers van het IWS hebben een bijna perfect materiaal voor die toepassing ontwikkeld. Met een simpel proces kunnen ze metaalsubstraten zoals aluminium, nikkel of edelstaal direct op verticaal gerichte koolstof nanobuisjes laten groeien. In deze structuur kan de zwavel worden geïnfiltreerd en dit resulteert in stabiele, compacte elektroden zonder toevoeging van bindmiddelen of andere additieven.
In het project AlkaSuSi worden deze materialen met de partners Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) en Christian-Albrechts-Universität zu Kiel verder ontwikkeld en onderzocht voor toepassing in lithiumzwavelbatterijen. Actuele resultaten tonen aan, dat de nieuwe materialen met tot 1300 mAh/g (gebaseerd op de massa van zwavel) een grote capaciteit bezitten. Maar met 900 mAh/g (gebaseerd op de massa van het composiet) overtreffen ze ook de desbetreffende waarde van elektroden met bindmiddel aanzienlijk.