Een groep Amerikaanse onderzoekers heeft een manier bedacht waarmee batterijen aanzienlijk sneller zijn op te laden. De opslagcapaciteit van de batterijen gaat daarmee niet verloren. De wetenschappers gebruiken daarvoor een metalen frame op nanogrootte waar zij een dunne film op aanbrengen.

Veel energie en snel opladen

Als toepassing voor de batterijen hebben de wetenschappers bijvoorbeeld zeer snel oplaadbare consumentenelektronica in gedachten. De technologie van dit soort batterijen is echter ook wensbaar in bijvoorbeeld elektrische voertuigen maar ook medische apparaten en militaire toepassingen zouden baat hebben bij de vinding.

Volgens hoofdonderzoeker Paul Braun heeft zijn uitvinding de kracht van een  condensator maar dan met de energie van een batterij. “De meeste condensatoren slaan erg weinig energie op. Zij kunnen veel energie tegelijk loslaten maar niet veel vasthouden. De meeste batterijen kunnen veel energie opslaan maar kunnen dan weer niet snel op- of ontladen. Deze vinding doet beiden”, zo legt hij uit.

De prestaties van normale  oplaadbare batterijen wordt aanzienlijk minder als zij heel snel opgeladen of juist ontladen worden. Door het actieve materiaal in een batterij te vervangen door een dunne film kan de batterij wel heel snel ontladen en opgeladen worden maar verlies je ook bijna alle opslagcapaciteit. Dat materiaal heeft namelijk niet het volume om de energie op te slaan.

Driedimensionale structuur op nanogrootte

De groep van Braun plaatst die dunne films daarom in een driedimensionale structuur op nanogrootte. Daardoor is het mogelijk om zowel veel opslagcapaciteit als een hoog voltage te behouden. Om die structuur te maken, coaten zij een oppervlak met kleine bollen, ze plaatsen die dicht tegen elkaar zodat die bollen een rooster vormen.

Vervolgens vullen zij de ruimte tussen de bollen met metaal. De bollen worden vervolgens gesmolten of opgelost waardoor een poreus metalen frame ontstaat, lijkende op een spons. Vervolgens schuren zij met behulp van elektrolyse het oppervlak van het frame weg daardoor worden de poriën groter. Uiteindelijk brengen zij een dunne film met het actieve materiaal aan. Dat materiaal houdt uiteindelijk de energie vast.

De onderzoekers demonstreerden elektroden die volledig kunnen op- of ontladen in enkele seconden. Dat is tien tot honderd keer sneller dan vergelijkbare standaardelektroden. Toch kunnen deze batterijen nog normaal werken in bestaande apparaten.

Auto net zo snel opladen als tanken

Deze prestaties maken de weg vrij voor mobiele telefoons die opgeladen kunnen worden in enkele seconden of laptops die binnen enkele minuten volledig opgeladen zijn. Ook lasers met een hoog vermogen of bijvoorbeeld defibrillators die geen tijd nodig hebben om op te laden tussen het geven van schokken door.

Braun is daarnaast bijzonder optimistisch over het gebruik van zijn nieuwe batterijen in elektrische auto’s en andere voertuigen. De levensduur van batterijen is momenteel namelijk een van de grootste beperkingen van die voertuigen. Langere ritten met een elektrische auto kunnen nu erg problematisch zijn als de batterij bijvoorbeeld slechts een range van 150 kilometer heeft en telkens een uur nodig heeft om op te laten.

“Als je de mogelijkheid hebt om snel op te laden dan kun je de batterij van je auto opladen in de tijd die je normaal nodig hebt om je auto vol te tanken met benzine”, aldus de professor. “Als het bijvoorbeeld mogelijk is om de batterij in vijf minuten op te laden dan stop je gewoon bij een laadstation om de auto op te laden”.

'Makkelijk op te schalen'

De processen die de onderzoekers gebruiken worden ook op grotere schalen in de industrie gebruikt. De techniek kan dus opgeschaald worden voor productie. De onderzoekers demonstreerden zowel  NiMH als  Li-ion batterijen die geproduceerd waren volgens hun techniek. De structuur daarvan is algemeen zodat ieder materiaal kan worden gebruikt.