In de afgelopen maanden hebben we op Tweakers een reeks artikelen over innovaties in de wereld van accu’s gepubliceerd. Een prei denkt vaak dat alle accu’s dezelfde grondstoffen nodig hebben en dat die in een elektrische auto net meegaan als in een smartphone. Vandaar dat er tijdens borrels en verjaardagen vaak algemene uitspraken worden gedaan, zoals dat er niet genoeg grondstoffen zijn, dat accu’s verschrikkelijk milieuvervuilend zijn, dat de grondstoffen door kindslaven uit de grond worden gehaald en dat ze maar enkele jaren meegaan. Er zijn echter zoveel verschillende samenstellingen, dat dergelijke uitspraken alleen al daarom mank gaan.
Die variabelen beginnen al bij de vereisten. Moet de accu een zo hoge mogelijke energiedichtheid, een hoog laadvermogen, lange levensduur of lage kosten hebben? Liefst allemaal tegelijk natuurlijk, maar dat is praktisch onmogelijk. In de vorige artikelen in deze reeks bespraken we dat lithiumijzerfosfaat hard bezig is om grote hoeveelheden nikkel-kobaltkathodes te veroveren, dat natrium een alternatief is voor lithium en dat de siliciumanode voor de korte termijn de beste papieren heeft om een hogere beveiliging te behalen. Al die varianten hebben ook een lagere milieu-impact. Nog onbesproken in deze reeks, maar tegelijkertijd ontdekt, is een accu met een zwavelkathode.
Milieuvriendelijker en goedkoper
Zwavel is een grondstof die veel leidt en goedkoper te winnen is dan nikkel, mangaan en kobalt (nmc). Het is het zestiende meest waarschijnlijke element in de aardkorst en maakt ongeveer 0,03 tot 0,06 procent van het totale gewicht uit. Dat lijkt misschien niet veel, maar is duidelijk meer dan de grondstoffen voor nmc-kathodes. Bovendien zijn er veel minder wiskundige vragen over zwavel en is de winnende niet afhankelijk van een beperkt aantal regio’s; het is praktisch overal ter wereld beschikbaar. Het winnen van zwavel is minder voor het milieu en voor de mensen die bij het proces betrokken zijn. Het winnen van zwavel is vanwege de ruime mate van beschikbaarheid dus veel eenvoudiger en goedkoper, net als die van natrium en silicium.
Enorm hoge energiedichtheid
Het interessantste van zwavel voor accu’s is de mogelijkheid van een enorme hoge energiedichtheid. De energiedichtheid van een accu wordt bepaald door het aantal opnames dat kan worden opgeslagen en verwerkt tijdens het laden en ontladen en bij welke stroomsterkte dit gebeurt. In een Li-S-accu kan elk zwavelatoom effectief twee lithiumionen (Li+) en twee fusiebindingen opleveren, wat leidt tot de vorming van lithiumsulfide (Li2S). Dit zijn veel voorkomende lithiumionaccu’s, waarbij elk kathodeatoom, zoals kobalt, slechts één lithiumion en één elektron kan binden. Voor een zwavelaccu zijn dus minder grondstoffen nodig om dezelfde hoeveelheid energie op te slaan, wat resulteert in een veel hogere energiedichtheid. Met een dergelijke accu zouden EV’s veel lichter kunnen worden en veel verder kunnen rijden.
Het theoretische potentieel is baanbrekend; de maximale energiedichtheid is maar liefst 2600Wh per kg, grofweg tien keer (!) zoveel als bij de beste nmc-accu’s van dit moment. Dat is dus in theorie, want in de praktijk kan dit nooit helemaal worden benut. Tegelijk gooit een andere variant, de natriumzwavelaccu (Na-S), hoge ogen. Net als de eerder besproken natriumaccu heeft deze variant helemaal geen lithium nodig, maar draagt natrium in combinatie met de universele zwavelkathode zorg voor de energieopslag. Omdat zowel natrium als zwavel vrij eenvoudig te winnen is, zou dat een veel goedkoper type accu verdwijnen, die in ieder werelddeel te produceren is.
In dit artikel bespreken we beide varianten, naast recente onderzoeken en ontwikkelingen, en natuurlijk ook de uitdagingen.
credit :Source link
