Momenteel overheerst de lithium-ionen-technologie nog altijd, maar prijs, milieu-aspecten en ontvlambaarheid van de elektrolyt vormen een probleem. Bij de accu’s van de toekomst moet het dure lithium daarom door gemakkelijker winbare en veel goedkopere materialen (zoals kalium) worden vervangen. Kalium- en kalium-ionen-accu’s hebben echter ook veiligheidsproblemen, want onbrandbare elektrolyten waren voor de kaliumtechnologie nog niet beschikbaar.

Vlamvertragend oplosmiddel
De onderzoekers hebben een elektrolyt op basis van een vlamvertragend materiaal ontwikkeld en aangepast voor toepassing in kaliumbatterijen. Naast de onbrandbaarheid kan de elektrolyt in accu’s worden toegepast in concentraties die voor massaproductie nodig zijn.

De nieuwe elektrolyt bevat als enig bestanddeel van het oplosmiddel het als vlamwerende bekend staande triethylfosfaat. Tot nog toe werd deze substantie vanwege stabiliteitseisen slechts bij zeer hoge concentraties in lithium-ionen-accu’s getest. In de industrie wordt echter de voorkeur gegeven aan verdunde elektrolyten, omdat die goedkoper en ook beter zijn. Door het gebruik van kaliumionen kon volgens de onderzoekers de concentratie worden gereduceerd. Hiertoe werd het fosfaat-oplosmiddel met een kaliumzout gecombineerd. Het resultaat was een stabiele, onbrandbare elektrolyt met concentraties van 0,9...2 mol/liter, waardoor energieopslag op grotere schaal mogelijk wordt, zoals onder andere voor smart grids vereist is.

Kalium-ionen-accu’s van de toekomst
Volgens de onderzoekers was de sleutel tot dit succes de vorming van een gelijkmatige en stabiele vastestof/elektrolyt-tussenfaselaag. Dat lukt alleen met fosfaat-elektrolyten. Gebruikelijke koolstofelektrolyten zijn niet in staat zo’n laag te vormen. De nieuwe elektrolyt maakt een groot aantal laad/ontlaadcycli mogelijk bij grote stabiliteit.

De kaliumionen-accu’s van de toekomst kunnen met de nieuwe anorganische, op fosfaat gebaseerde elektrolyt veilig worden gemaakt. Elektrolyten op basis van vlamvertragende middelen hebben veel potientieel voor de constructie van andere onbrandbare accutypen.

De onderzoekers hebben hun resultaten gepubliceerd in het vaktijdschrift Angewandte Chemie.