AMSTERDAM – Dankzij een nieuwe techniek gaan oplaadbare batterijen tien keer zo lang mee en worden ze tien keer sneller opgeladen.

Met zo’n batterij hoef je je mobiele telefoon ruim een week lang niet aan de stroom te leggen. Bovendien duurt het opladen maar een kwartier. Dat beweren onderzoekers van de Amerikaanse Northwestern University op 14 november in Advanced Energy Materials.

Naast betere batterijen voor mobiele telefoons en iPods, zou de technologie de weg vrijmaken voor efficiëntere, kleinere accu's voor elektrische auto's. De onderzoekers verwachten dat hun ontdekking binnen drie tot vijf jaar op de markt zou kunnen zijn.

Lithium-ion batterijen laden op door middel van een chemische reactie waarbij lithium-ionen worden verzonden tussen twee uiteinden van de batterij, de anode en de kathode. Als energie in de batterij wordt gebruikt, reizen de lithium-ionen van de anode, door de elektrolyt, naar de kathode. Als de batterij is opgeladen, reizen ze in de omgekeerde richting.

Beperkt

Met de huidige technologie is de prestatie van deze accu’s op twee manieren beperkt. Enerzijds wordt de energiecapaciteit - hoe lang een batterij zijn lading kan behouden - beperkt door de ladingsdichtheid, ofwel het aantal lithium-ionen dat verpakt kan worden in de anode of kathode.

De oplaadsnelheid wordt beperkt door een andere factor: de snelheid waarmee de lithium-ionen bewegen.

Uit eerder onderzoek bleek dat de ladingsdichtheid toeneemt door de anode van silicium te maken, in plaats van op koolstof gebaseerd grafeen. Het probleem was echter dat de kwaliteit van silicium achteruit holde tijdens het gebruik.

Grafeen

Het onderzoeksteam loste dit euvel op door het silicium tussen het grafeen in te klemmen. Hierdoor passen meer lithium-atomen in de elektrode, terwijl de grafeenplaten de kwaliteit van het silicium beschermen. Ook voor de snelheid van de lithium-ionen werd een oplossing bedacht.

Door gaatjes van 10 tot 20 nanometer in de grafeenplaten te maken, kunnen de lithium-ionen via een sluiproute sneller bewegen.