Lithiumbatterijen zijn alomtegenwoordig in ons dagelijks leven, maar wist u hoe ze werken?
Ze zitten in telefoons, computers en tablets. Ze maken het voor ons mogelijk om over straat te lopen en memes en emoji’s naar onze vrienden te sturen, zonder dat we op een stopcontact aangesloten hoeven te zijn.
Deze oplaadbare batterijen, ook wel lithium-ion of Li-ion genoemd, leveren de energie die nodig is voor de meeste elektronische apparaten die we dagelijks gebruiken.
De geschiedenis van lithium-ionbatterijen
Hun eerste prototypes werden ontworpen in het begin van de jaren zeventig, maar het duurde tot 1991 voordat het Japanse bedrijf Sony een commerciële versie presenteerde, die over het algemeen nog steeds erg lijkt op degene die we nu gebruiken.
Hun ontwikkeling is zo belangrijk dat de Zweedse Academie van Wetenschappen in 2019 de Nobelprijs voor Scheikunde heeft toegekend aan hun oorspronkelijke ontwikkelaars.
John Goodenough, Stanley Whittingham en Akira Yoshino ontvingen deze prijs voor hun bijdragen aan de ontwikkeling van lithiumbatterijen.
Voordelen van lithium-ionbatterijen
Een van de belangrijkste voordelen van lithiumbatterijen is dat ze autonomie geven aan de apparaten die ze hebben: met andere woorden, ze kunnen lange tijd worden gebruikt zonder dat ze opnieuw hoeven te worden opgeladen.
Dit komt door het feit dat de verbindingen die ze bevatten een grote hoeveelheid energie kunnen opslaan, dankzij de elektrochemische eigenschappen van lithium.
Dit element is pas het derde in het periodiek systeem, wat betekent dat het kleine atomen heeft en daarom is het een licht materiaal.
Deze eigenschap draagt ertoe bij dat lithiumbatterijen een lager gewicht hebben in vergelijking met andere oplaadbare batterijen, zoals die met lood, dat in auto’s wordt gebruikt.
Een kleine, lichtgewicht lithiumbatterij heeft de capaciteit om een lading op te slaan die uren tot dagen kan duren.
Dat komt ook doordat er naast lithium ook andere materialen worden gebruikt waarmee de cellen waaruit de batterij is opgebouwd zo dicht mogelijk op elkaar kunnen worden gestapeld.
Daarom kunnen lithiumbatterijen compact en dun zijn.
Veiligheid van lithiumbatterijen
Een probleem met dit type batterij is dat er tijdens het opladen exotherme reacties plaatsvinden, dat wil zeggen dat er warmte vrijkomt.
Dit, samen met het feit dat sommige componenten van lithiumbatterijen ontvlambaar zijn, draagt ertoe bij dat ze onder bepaalde omstandigheden vlam kunnen vatten of zelfs kunnen exploderen.
Zeker, niemand kan met een gerust hart rondlopen, denkend dat hij of zij een kleine bom in de vorm van een mobiele telefoon in zijn of haar tas draagt.
Hoewel het bovenstaande risico reëel is, vatten lithiumbatterijen niet spontaan of onder geen enkele omstandigheid vlam.
Er moeten eerst omstandigheden zijn die oververhitting bevorderen, zoals bij het opladen van apparatuur: daarom wordt over het algemeen aangeraden om geen elektronische apparaten te gebruiken wanneer ze zijn aangesloten op de elektrische stroom.
Het kan ook gebeuren wanneer de lithium-telefoons van de batterij te dicht bij elkaar staan en kortsluiting kunnen veroorzaken.
Dit is een probleem wanneer u apparatuur wilt miniaturiseren: wanneer u probeert om compactere batterijen te maken, kan het gebeuren dat hun componenten te dicht bij elkaar komen.
Maar dit kan eerst worden voorkomen door een goed ontwerp van lithiumbatterijen en ook door materialen toe te voegen die als isolatoren kunnen functioneren.
Het gebruik van zeer dunne polyethyleenfilms gemengd met nanodeeltjes is bijvoorbeeld geprobeerd.
Als er snelle verwarming optreedt, zetten de ruimtes tussen de nanodeeltjes uit, waardoor de stroomdoorgang wordt onderbroken. Zodra de batterij volledig is afgekoeld, keren de nanodeeltjes terug naar hun plaats en wordt de werking van het apparaat weer normaal.
Dit soort verbeteringen verbeteren hun prestaties en openen de deur voor ons om ze te gebruiken om energie te produceren ter vervanging van fossiele brandstoffen. Iets wat we dringend nodig hebben.