Batterijen spelen in de ‘groene’ toekomst een belangrijke rol als tussenopslag, maar daarvoor heb je metalen nodig en, zoals we allemaal weten, de voorraden daarvan zijn eindig. Nu zie je al een hoop gedoe om op tijd aan voldoende lithium te komen. Onderzoekers van de Koning Abdoella-universiteit in Saoedi Arabië (KAUST) denken met de ammoniumbatterij een metaalloos alternatief te hebben gevonden.
Oplaadbare batterijen en accu’s met ammoniumionen als ladingdragers lijken alternatief voor de nu overheersende lithiumbatterijen en -accu’s. De jacht op lithiumwinplaatsen is inmiddels begonnen. Lithium voert op dat terrein nu de boventoon, maar de voorraden van lithium zijn niet alleen eindig (zoals, uiteindelijk, alle voorraden), maar lithium is ook giftig en niet helemaal ongevaarlijk. Lithiumbatterijen willen nog wel eens ontploffen. Dan lijkt de ammoniumbatterij de oplossing, al zal dat ion voor veel mensen een nare ‘bijsmaak’ hebben (stikstofprobleem in de veeteelt).
Er zijn al diverse pogingen gedaan een ammoniumbatterij te ontwikkelen, stelt het persbericht. Ze zijn licht en zouden makkelijk zijn te maken en te kringlopen. Ammonium heeft echter een naar kantje: het neigt naar ontleding in waterstof en stikstof bij geringe spanning. Daardoor is er nooit uitgehaald wat er in zit (zou zitten; as), stelt het persbericht. Bovendien is het nog niet zo makkelijk om ammonium in de elektrode vast te houden (lost prima in water op, om maar wat te noemen; as).

Dat zijn wel een paar puntjes die het het nadeel van de ammonium’oplossing’ spreken. Hoesam Al-Sjarif en Zhimina Zhao en medewerkers schijnen nu een efficiënte ammoniumbatterij te hebben ontwikkeld, door ammonium ‘vast te leggen’ in koolstofelektrodes. De grafiet(=koolstof)kathode en de organische halfgeleideranode van de polymeer PTCDI (3,4,9,10-peryleentetracarboxyldiimide) zouden goedkoop, milieu- en klimaatvriendelijk en hernieuwbaar zijn, stelt Zhao

Hexafluorfosfaat

Ammonium is positief geladen. Als ’tegenion’ en (negatieve) ladingdrager (anion) kozen de onderzoekers hexafluorfosfaat. “Dat maakt ons werk anders”, zegt hoofdauteur Zhao. “Wij zochten een stof die zowel antioxidatief als antireductief is. We vonden zo’n stof door een hele reeks verbindingen te beproeven op hoge spanning en reductiestabiliteit.”
De antioxidatieve en antireducerende eigenschappen van hexafluorfosfaat aan respectievelijk de positieve elektrode (=anode) en de antireductieve aan de negatieve elektrode (=kathode) maakt die ladingdrager perfect voor deze toepassing, stelt Zhao. “Daardoor is die (batterij; as) zo stabiel.”

Zoals te verwachten was deed deze ammoniumbatterij het beter dan de ‘concurrentie’ en levert een spanning van 2,75 V. “Het is nu mogelijk een niet-metaalionbatterijen te ontwikkelen die kunnen concurreren met de metaalionbatterijen en die een grotere capaciteit hebben. Dat is belangrijk voor de energiedichtheid van een batterij.”
Het lab van Al-Sjarif is vooral gericht op de ontwikkeling van goedkope alternatieven voor lithiumbatterijen, met name voor de tussenopslag van energie uit zonne- en windparken. “Om het hele stroomnet te ontkolen moeten de batterijkosten aanzienlijk omlaag”, zegt Zhao’s baas. Daar zou deze batterijen aan bij (kunnen) dragen.

Bron: Alpha Galileo