Naar de content

Bladstructuur verbetert batterijen

Wikimedia Commons

Batterijen veel sneller op- en ontladen. Dat is mogelijk dankzij nieuw onderzoek van een internationale groep wetenschappers. Opmerkelijk genoeg keken ze daarvoor een trucje af bij bladeren.

24 april 2017

We weten al dat planten heel efficiënt voedingsstoffen verspreiden door hun stam en bladeren. Dit komt onder andere door de structuur van hun vatensysteem. Het begint met een dik vat dat zich vertakt tot de minuscule vaten in het blad. De grootte van deze vaten is precies zo afgestemd dat voedingsstoffen op de juiste plek in de plant terechtkomen en dat het geen energie kost om ze te verplaatsen. Cecil Murray ontdekte dit principe in 1926 en hij ving het in een formule: de wet van Murray. Deze wet wordt nu – bijna honderd jaar later – voor het eerst gebruikt om zeer efficiënte batterijen te ontwikkelen.

Wikimedia Commons

Makkelijk verplaatsen

Onderzoeksgroepen uit China, België, Groot-Brittanië en de Verenigde Staten sloegen de handen ineen om de formule van Murray om te zetten in een toepassing. “Wij zagen veel potentie in een zogenoemd Murray-materiaal”, vertelt Bao Lian Su, hoogleraar anorganische materialen aan de Universiteit in Namur, België. “Met zo’n materiaal verplaats je bijvoorbeeld opgeslagen energie veel efficiënter en zonder verlies.”

De onderzoekers pasten de oorspronkelijke formule enigszins aan, zodat het rekening houdt met de verschillende concentraties van de stoffen die door de vaten stromen. Deze aangepaste formule pasten ze toe op nanodeeltjes gemaakt van zinkoxide. “Met de nanodeeltjes vormden we drie soorten buizen van verschillende groottes”, legt Su uit. “De diameters van deze buizen werden bepaald door de formule.” Vervolgens lieten de onderzoekers de buizen willekeurig met elkaar reageren zodat er een vertakt systeem ontstond.

Snellere diffusie

Met het vertakte systeem probeerden onderzoekers verschillende reacties uit. Vooral reacties waarbij diffusie – het verspreiden van deeltjes door een ruimte – een grote rol speelde bleken veel sneller te gaan. Zo detecteert het materiaal gassen zoals ethanoldamp sneller, omdat het gas zich rapper door het hele materiaal verspreidt en overal reacties aangaat met de zinkoxide deeltjes. Toch is er zeker nog ruimte voor verbetering: “We weten niet of onze zinkdeeltjes voor alle toepassingen goed werken”, zegt Su. “We moeten dus kijken of we het materiaal ook van een ander type nanodeeltjes kunnen maken.”

De hoogleraar ziet vooral veel toekomst voor het materiaal in de batterij-wereld. “Ons materiaal maakt het op- en ontladen van batterijen veel efficiënter.” Nu verliest een lithium-ion batterij al na een paar jaar zijn werking omdat het materiaal degradeert. Met het Murray-materiaal gebeurt dat minder snel, verwacht Su. “Als we Murray-materiaal gebruiken in de elektrodes van batterijen kost het minder moeite om de energiestroom op gang te brengen. Dan gaan ze veel langer mee.” De eerste contacten met een Chinese batterijfabriek zijn al gelegd, dus over een paar jaar weten we misschien wel of het materiaal echt zoveel kan als beloofd.

Bron:
ReactiesReageer