Japanse onderzoekers willen metal organic frameworks gebruiken als scheidingsmembraan in accu’s. In die rol blijven ze veel langer heel dan wanneer je er kathodes van maakt, schrijven ze in Nature Energy.

Het principe zou algemeen toepasbaar moeten zijn maar in deze publicatie gaat het specfiek om lithium-zwavelaccu’s, met een lithiumanode en een kathode van zwavel. Tijdens het ontladen van zo’n accu vormen zich polysulfides (Li₂S_x), die deels oplosbaar zijn in de gebruikelijke (vloeibare) elektrolyten. Bij het opladen worden die weer omgezet in zwavel, maar je moet maar afwachten of die zwavel ook weer op de kathode terecht komt.

Er zijn al diverse oplossingen bedacht om de polysulfides in de buurt, en de kathode bij elkaar te houden. Gewoonlijk waren die gebaseerd op allerlei poreuze kathodematerialen, waaronder metal organic frameworks (MOF’s). Probleem is alleen dat de polysulfidevorming leidt tot volumeveranderingen, waardoor zulke kathodes de neiging hebben zichzelf uit elkaar te wrikken.

Vandaar het idee om de kathode de kathode te laten en even verderop een MOF te monteren met poriën waar lithiumionen gemakkelijk doorheen kunnen maar polysulfides niet. Zo voorkom je in elk geval dat de polysulfides de anode verpesten.

Het gekozen MOF, bekend als HKUST-1, is opgebouwd uit Cu²⁺ en 1,3,5-benzeentricarbonzuur. Het vormt hooguit onsamenhangende nanodeeltjes en is bovendien een elektrische isolator, vandaar dat de auteurs het combineren met laagjes grafeenoxide.

Bij proeven bleek de resulterende accu eeen stuk of honderd laadcycli nodig te hebben om ‘in te lopen’. Daarna is de capaciteit zo’n 30% lager dan in het begin. Vervolgens kun je hem echter nog zeker 1.400 cycli laten doorlopen waarbij hij nauwelijks meer achteruit gaat: gesproken wordt van 0,019 % per cyclus.

Of het accu-ontwerp zich leent voor grootschalige toepassing is een kwestie van afwachten; voorlopig zijn zowel MOF’s als grafeenoxide dar nog veel te duur voor.

bron: Nature