PTFE-vrije droogelektrode belooft betere EV-accu's
Koreaanse techniek mikt op sneller laden en lagere productiekosten
Zuid-Koreaanse onderzoekers hebben een nieuwe productietechniek ontwikkeld voor de grafietanode van lithiumionaccu's. De methode maakt een droge elektrodefilm mogelijk zonder het gebruik van PTFE en leverde in laboratoriumtests betere snellaadprestaties, lithiumiondiffusie en stabiliteit over langere laadcycli op dan een conventioneel vervaardigde slurry-anode. De vernieuwing zit niet in de batterijchemie, maar in de vorm en ordening van de grafietdeeltjes in de elektrode.
De technologie werd ontwikkeld door het Korea Institute of Materials Science (KIMS), samen met het Korea Electrotechnology Research Institute (KERI). De onderzoeksresultaten werden op 21 april 2026 online gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Energy Storage Materials.
Minder complexe productie
Bij de conventionele productie van lithiumioncellen worden het actieve materiaal, geleidende additieven en bindmiddelen met een oplosmiddel tot een slurry gemengd. Die wordt als een laag op een metalen stroomcollector aangebracht, waarna het oplosmiddel in grote drooginstallaties moet worden verwijderd.
Droge-elektrodetechnologie beperkt die oplosmiddel- en droogstappen bij het vormen van de uiteindelijke elektrode. Daardoor kan het energieverbruik van de productie dalen, terwijl ook minder omvangrijke droogapparatuur nodig is. Volgens KIMS biedt het proces daarom potentieel om zowel de productiekosten als de CO2-uitstoot van batterijproductie te verminderen.
Veel bestaande droge-elektrodeprocessen gebruiken polytetrafluorethyleen of PTFE als bindmiddel. Dat materiaal vormt onder mechanische belasting een vezelstructuur die de verschillende bestanddelen bijeenhoudt. In een grafietanode kan PTFE de elektrochemische prestaties echter nadelig beïnvloeden. Daarnaast groeit de aandacht voor de milieu-impact van fluorhoudende materialen.
Bekend bindmiddel, andere grafietvorm
De Koreaanse onderzoekers vervingen PTFE door carboxymethylcellulose en styreen-butadieenrubber, doorgaans aangeduid als CMC-SBR. Dat bindmiddelsysteem wordt al breed toegepast bij de traditionele natte productie van grafietanodes. Het gebruik van bestaande industriële materialen kan een latere opschaling vergemakkelijken.
Het bindmiddel alleen volstond echter niet. De onderzoekers veranderden ook de vorm en interne structuur van het grafiet. Conventionele grafietdeeltjes zijn doorgaans plaatvormig. Tijdens het aanbrengen en verdichten richten die deeltjes zich grotendeels evenwijdig aan de stroomcollector uit, vergelijkbaar met een stapel kaarten.
Daardoor ontstaan relatief lange en ongelijkmatige routes voor lithiumionen die zich door de dikte van de elektrode moeten bewegen. Dat wordt vooral problematisch bij dikke elektroden en hoge laadstromen, wanneer de ionen sneller door het materiaal moeten migreren.
Willekeurig georiënteerde granulaten
Om die beperking te verminderen, produceerde het onderzoeksteam via spray drying afgeronde composietgranulaten van grafiet, geleidende additieven en CMC-SBR. Binnen die korrels liggen de afzonderlijke grafietvlokken niet langer hoofdzakelijk in één richting, maar meer willekeurig georiënteerd.
Zo ontstaat een isotropere structuur met poriën en lithiumionpaden in meerdere richtingen, ook dwars door de dikte van de elektrode. Volgens de onderzoekers vermindert dat de transportbeperkingen die optreden wanneer de grafietdeeltjes sterk parallel zijn uitgelijnd.
Die eigenschap is vooral belangrijk voor dikkere elektroden. Dikke elektrodelagen bevatten meer actief materiaal per oppervlakte-eenheid en kunnen daardoor meer energie opslaan. Bij conventionele elektroden gaat dat doorgaans gepaard met een moeilijker ionentransport en slechtere snellaadprestaties. De vormgecontroleerde grafietgranulaten moeten precies dat nadeel beperken.
Beter bij snelladen en langdurig gebruik
In de uitgevoerde tests presteerde de PTFE-vrije droge anode volgens KIMS beter dan conventionele slurry-anodes op het vlak van snelladen en stabiliteit tijdens herhaalde laad- en ontlaadcycli. Ook de lithiumiondiffusie verbeterde onder omstandigheden met een hoge materiaalbelasting, zoals die nodig is voor cellen met een hoge energiedichtheid.
De resultaten wijzen erop dat de techniek kan bijdragen aan accu's die een grotere energie-inhoud combineren met sneller laden. Voor elektrische voertuigen zou dat op termijn een groter rijbereik of een compacter batterijpakket kunnen ondersteunen, zonder dat daarvoor een fundamenteel nieuwe celchemie nodig is.
Concrete cijfers over extra kilometers rijbereik, kortere laadtijden of lagere productiekosten werden evenwel niet gepubliceerd. De prestaties van een volledige batterij worden bovendien niet alleen door de anode bepaald, maar ook door onder meer de kathode, elektrolyt, celopbouw en thermische regeling.
Potentieel voor industriële opschaling
Een voordeel van de methode is dat zowel CMC-SBR als spray drying al bekende technologieën zijn binnen industriële productieprocessen. Dat betekent evenwel niet dat de stap naar grootschalige batterijproductie vanzelfsprekend is. De techniek moet nog worden gevalideerd in grotere cellen en op productielijnen met hoge volumes en constante kwaliteit.
Ook de mechanische stabiliteit van de elektrodefilm, productiesnelheid, reproduceerbaarheid, veiligheid en levensduur over duizenden laadcycli moeten verder worden onderzocht. Pas daarna kan duidelijk worden of het proces ook commercieel voordeel biedt.
KIMS ziet mogelijke toepassingen in elektrische voertuigen, stationaire energieopslag en andere lithiumionaccu's met een hoge energiedichtheid. De ontwikkeling vormt daarmee geen onmiddellijk productierijpe batterijdoorbraak, maar wel een nieuwe manier om de bestaande lithiumiontechnologie efficiënter en mogelijk goedkoper te produceren.