Sfruttare la piena potenza elettrochimica delle batterie al litio-ossigeno richiede un efficiente, elettrolita più stabile. I ricercatori del Boston College hanno applicato un elettrolita "acqua in sale" che consente un funzionamento stabile della batteria litio-aria, offre una durata superiore del ciclo e presenta una piattaforma che avvicina le batterie agli ioni di litio al loro pieno potenziale, la squadra riporta sul giornale chimica .

Nel tentativo di trovare un sistema elettrolitico adatto, l'approccio acqua-in-sale del team non prevede solventi organici. È costituito da sale di litio superconcentrato, noto come LiTFSI, in cui le molecole d'acqua si agganciano agli ioni e subiscono una minore degradazione quando vengono a contatto con le molecole di ossigeno, secondo i ricercatori, guidato dal professore di chimica del Boston College Dunwei Wang.

Il risultato è un "elettrolita altamente efficace che consente un funzionamento stabile della batteria Li-O2 sul catodo con cicli di vita superiori, " il team riporta nell'articolo intitolato "Funzionamento della batteria Li-O2 catodicamente stabile utilizzando l'elettrolita acqua-in-sale." Gli esperimenti hanno mostrato che l'elettrolita consente operazioni stabili della batteria litio-aria fino a 300 cicli, rendendolo competitivo per le applicazioni pratiche.

Le batterie agli ioni di litio funzionano mediante inserimento ed estrazione reversibili di ioni di litio in e da un materiale solido, come l'ossido di cobalto. Qui, Le batterie al litio-aria funzionano formando perossido di litio durante la scarica e decomponendo il perossido di litio durante la ricarica.

Nonostante più di due decenni di ricerca, il miglioramento della tecnologia delle batterie agli ioni di litio non ha raggiunto il potenziale teorico per l'accumulo di energia. Come tecnologia di accumulo di energia elettrochimica, l'aggiornamento delle prestazioni richiede una migliore stabilità degli elettroliti.

Il team ha trovato un modo per aggirare il problema dell'instabilità che deriva dall'uso dell'acqua nello sviluppo di elettroliti acquosi.

"Abbiamo impiegato un approccio non ortodosso di utilizzo di un elettrolita a base d'acqua per le batterie Li-O2, " ha detto Wang. "In precedenza, si pensava che l'acqua fosse estremamente dannosa per il funzionamento delle batterie Li-O2 perché avrebbe promosso reazioni chimiche parassitarie per minare in modo significativo la chimica desiderata. Abbiamo scoperto che quando la concentrazione di sale è alta, la maggior parte delle molecole d'acqua possono essere bloccate in modo da fornire le giuste funzionalità come la conduttività, ma mostrano poche reazioni chimiche parassite".

Il team ha cercato di superare i limiti che hanno afflitto i precedenti sforzi per domare le complesse reazioni chimiche all'interno dei prototipi di batterie al litio-aria, ha detto Wang, che ha condotto il progetto con i ricercatori del Boston College Qi Dong, Xiahui Yao, Yanyan Zhao, Miao Qi, Xizi Zhang e Yumin He, e Hongyu Sun dell'Università tecnica della Danimarca.

"Abbiamo studiato un nuovo concetto per le batterie Li-O2, " ha detto Wang. "Abbiamo utilizzato una combinazione di elettrochimica e strumenti di caratterizzazione dei materiali per svolgere lo studio. Il nostro obiettivo è quello di consentire stabile, funzionamento della batteria Li-O2 ad alte prestazioni."

Wang ha affermato che i ricercatori cercheranno di sfruttare i risultati per applicazioni pratiche di celle a combustibile e lavoreranno anche per ridurre il costo di produzione dell'elettrolita.