Le batterie agli ioni di litio sono destinate ad assumere un ruolo dominante nei veicoli elettrici e in altre applicazioni nel prossimo futuro, ma i materiali delle batterie, attualmente in uso, non sono all'altezza in termini di sicurezza e prestazioni e stanno frenando la prossima generazione di batterie ad alte prestazioni.

In particolare, lo sviluppo dell'elettrolita pone una sfida chiave per le batterie di potenza superiore adatte per l'accumulo di energia e per le applicazioni dei veicoli.

Alla Monash University School of Chemistry, gli scienziati sotto la guida del professor Doug MacFarlane e del Dr. Mega Kar che lavorano con l'azienda locale Calix Ltd hanno escogitato soluzioni alternative a questa sfida con una nuova chimica.

"Il sale di litio attualmente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio è l'esafluorofosfato di litio, che rappresenta un rischio di incendio e sicurezza, nonché tossicità, ", ha detto il professor MacFarlane.

"Nei dispositivi portatili più piccoli, questo rischio può essere parzialmente mitigato. Però, in un grande pacco batteria, come i sistemi di accumulo di energia su scala di rete per veicoli elettrici e all'aperto, il rischio potenziale è molto intensificato. Sono in fase di progettazione anche batterie ad alta tensione e potenza, ma non possono utilizzare il sale esafluorofosfato. "

In una ricerca pubblicata in Materiali energetici avanzati , i chimici descrivono un nuovo sale di litio che potrebbe superare le sfide della progettazione dell'elettrolita e sostituire il sale esafluorofosfato.

"Il nostro obiettivo è stato quello di sviluppare sali di fluoroborato sicuri, che non ne risentono anche se li esponiamo all'aria, ", ha affermato l'autore principale dello studio, il dott. Binayak Roy, anche dalla Monash University School of Chemistry.

"La sfida principale con il nuovo sale di fluoroborato era sintetizzarlo con una purezza di grado batteria che siamo stati in grado di fare con un processo di ricristallizzazione, " Egli ha detto.

"Quando viene inserita una batteria al litio con catodi all'ossido di litio e manganese, la cellula ha fatto il ciclo per più di 1000 cicli, anche dopo esposizione atmosferica, un'impresa inimmaginabile rispetto al sale esafluorofosfato ipersensibile."

Secondo il dottor Roy, quando combinato con un nuovo materiale catodico in una batteria al litio ad alta tensione, questo elettrolita ha superato di gran lunga il sale convenzionale. Inoltre, il sale è risultato molto stabile su collettori di corrente in alluminio a tensioni più elevate, come richiesto per le batterie di nuova generazione.

La ricerca è il risultato di uno sforzo collaborativo all'interno dell'Australian Research Council (ARC) Training Center for Future Energy Storage Technologies (www.storenergy.com.au).

StorEnergy è un centro di formazione per la trasformazione dell'industria finanziato a livello federale che mira a formare e qualificare la prossima generazione di lavoratori nel settore energetico australiano ea promuovere la collaborazione tra industria e università.

La direttrice di StorEnergy, la professoressa Maria Forsyth della Deakin University, ha dichiarato:"Questo è un meraviglioso esempio di come le collaborazioni tra industria e università supportate dai finanziamenti per la ricerca del governo possono supportare la leadership dell'Australia nelle tecnologie delle batterie sicure di prossima generazione".

La ricerca è stata condotta in collaborazione con Calix Ltd., una società con sede a Victoria/NSW che produce materiali per batterie di alta qualità a base di manganese da minerali di origine australiana. La ricerca aiuterà Calix a raggiungere il suo obiettivo di fabbricazione su larga scala di batterie agli ioni di litio con sede in Australia, puntando a sistemi di stoccaggio dell'energia su scala di rete da implementare in Australia.

Dott. Matt Boot-Handford, Il direttore generale per la ricerca e lo sviluppo di Calix ha dichiarato:"Calix sta sviluppando una piattaforma tecnologica per produrre alte prestazioni, materiali per batterie a costi competitivi in ​​Australia. Stiamo lavorando a stretto contatto con i nostri partner di ricerca di Monash e Deakin attraverso StorEnergy per supportare lo sviluppo di sistemi di elettroliti compatibili con i materiali degli elettrodi di Calix. Le superiori prestazioni elettrochimiche e la stabilità dimostrate dal nuovo sistema elettrolitico del team di Monash, abbinato al materiale per elettrodi a base di ossido di litio e manganese di Calix, rappresentano una pietra miliare entusiasmante e importante che ci avvicina di un passo alla realizzazione di batterie con materiali per elettrodi di nuova generazione Calix una realtà commerciale.

"Nel prossimo futuro speriamo di trasformare questi nuovi anioni in termicamente stabili, sali liquidi non infiammabili, rendendoli utili per le batterie che funzionano ad alte temperature, " ha detto il dottor Kar.

"Con le attuali condizioni climatiche, progettare tali tecnologie di batterie con sicurezza e stabilità sarà importante nell'implementazione di una soluzione energetica sostenibile su scala di rete in Australia".