Combinare due additivi invece di uno per facilitare l'incorporazione del litio all'interno dei condensatori:questa è la soluzione proposta dai ricercatori dell'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes), in collaborazione con Münster Electrochemical Energy Technology (Università di Münster, Germania), al fine di promuovere il basso costo, semplice, ed efficiente sviluppo dei condensatori agli ioni di litio utilizzati per immagazzinare energia elettrica. Questa ricerca, pubblicato in Materiali energetici avanzati il 5 giugno 2019, consentirà la commercializzazione di massa di questi componenti.

I sistemi di accumulo elettrochimico per l'energia elettrica svolgono un ruolo centrale nell'integrazione delle fonti energetiche rinnovabili, e stanno per rilevare il settore dell'elettromobilità. Ci sono due soluzioni per immagazzinare questa energia:batterie agli ioni di litio, che hanno il vantaggio di una grande capacità di stoccaggio, e condensatori, che hanno meno capacità, ma può caricare e scaricare molto rapidamente un gran numero di volte. I condensatori agli ioni di litio (LIC) combinano il meglio di entrambi i mondi.

I materiali che compongono i condensatori agli ioni di litio non contengono ioni di litio (o elettroni), a differenza delle batterie. Occorre quindi procedere con una fase di preliziazione per poterli aggiungere, in modo che il dispositivo possa funzionare. Oggi vengono utilizzate due strategie generali:o uno dei materiali costitutivi del condensatore viene preliziato prima della sua integrazione, oppure un additivo ad alto contenuto di ioni di litio li ridistribuirà tra i materiali del condensatore durante la prima carica. Eppure questi metodi sono costosi e complessi, e può ridurre la capacità del dispositivo. Cosa c'è di più, la maggior parte degli additivi per la prelitiazione disponibili si deteriorano a contatto con l'aria e/oi solventi utilizzati per fabbricare i condensatori agli ioni di litio. In breve, anche se alcune delle soluzioni proposte oggi funzionano, non esiste una "ricetta miracolosa" ad alte prestazioni, robusto, semplice, e poco costoso.

Ricercatori dell'Institut des matériaux Jean Rouxel1 (CNRS/Université de Nantes), in collaborazione con Münster Electrochemical Energy Technology (Università di Münster), ha risposto a questa sfida utilizzando non solo uno ma due additivi accoppiati attraverso reazioni chimiche consecutive. La loro analisi mostra che la barriera principale per gli approcci precedenti era l'uso di un singolo additivo, che doveva fornire non solo ioni di litio ed elettroni, ma anche soddisfare tutte le condizioni di prezzo, stabilità chimica, e prestazioni. L'uso di due additivi ciascuno con un ruolo specifico, con uno che fornisce ioni di litio e l'altro elettroni, offre una latitudine molto maggiore, perché possono essere selezionati indipendentemente per il loro prezzo, proprietà chimiche, e prestazioni. Quando un condensatore agli ioni di litio si sta caricando, il primo additivo (pirene, naturalmente presente in alcuni tipi di carbone) rilascia elettroni e protoni. Il secondo additivo, Li3PO4 (prodotto in serie nell'industria del vetro, ad esempio), cattura questi protoni, e a sua volta rilascia ioni di litio che sono poi disponibili per la prelitiazione.

Un ulteriore vantaggio di questo approccio è che dopo la preliziazione, il residuo di uno dei due additivi utilizzati, pirene, contribuisce allo stoccaggio delle spese, aumentando così la quantità di energia elettrica immagazzinata nel dispositivo. L'efficienza e la versatilità offerte da questo nuovo approccio aprono la strada a una soluzione economica per la prelitiazione, con conseguente condensatori agli ioni di litio in grado di immagazzinare più energia. La rottura di questa barriera tecnologica dovrebbe quindi consentire una commercializzazione più rapida di questi dispositivi.