I diagrammi in questa immagine mostrano la composizione del catodo, il modo in cui il catodo e l'elettrolita interagiscono (CEI) e la guaina di solvatazione, ovvero il modo in cui le diverse molecole chimiche nel solvente interagiscono tra loro. I grafici mostrano come l'elettrolita ha risposto alle alte e alle basse temperature, incluso un grafico per mostrare la capacità nel tempo e la capacità a diverse tensioni. Credito:Nano ricerca
Poiché la nostra necessità di batterie ad alta densità aumenta con l'adozione diffusa di auto elettriche e fonti di energia alternative, è necessario migliorare la stabilità e la capacità delle batterie agli ioni di litio. L'attuale tecnologia delle batterie agli ioni di litio, che spesso utilizza il nichel, è meno stabile a temperature estreme, con conseguente surriscaldamento dovuto sia alla temperatura che alle alte tensioni. Queste batterie tendono anche a deteriorarsi rapidamente.
Per risolvere questo problema, i ricercatori stanno studiando nuove combinazioni chimiche in grado di affrontare questi inconvenienti. In un recente studio, gli scienziati hanno dimostrato come un solvente e un additivo composto inorganico possono migliorare la stabilità e le prestazioni delle batterie agli ioni di litio con catodi di nichel.
Hanno pubblicato i loro risultati il 12 settembre su Nano Research .
Le basi di come funzionano le batterie sono le stesse, sia che tu stia pensando a una batteria industriale agli ioni di litio o a una normale batteria AA domestica. Il catodo è l'elettrodo positivo, l'anodo è l'elettrodo negativo e tra loro all'interno della batteria c'è una soluzione chiamata elettrolita. Gli ioni con carica positiva e negativa fluiscono attraverso l'elettrolita e una reazione chimica genera energia elettrica. In questo studio, i ricercatori hanno identificato un elettrolita liquido a base di sulfolano con aggiunta di perclorato di litio come potenziale soluzione ai comuni inconvenienti delle batterie agli ioni di litio.
"Per i catodi a base di nichel, si ottengono generalmente buone prestazioni elettrochimiche a bassa temperatura a scapito della proprietà e della sicurezza a temperatura ambiente. Questo perché gli elettroliti con solventi a basso punto di fusione si deteriorano drasticamente. L'elevata volatilità e infiammabilità di questi elettroliti ne limitano anche l'applicazione ad alte temperature", ha affermato il professor Fang Lian della School of Materials Science and Engineering presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Pechino a Pechino, in Cina. Aggiungendo il perclorato di litio al sulfolano, i ricercatori hanno scoperto che potrebbero migliorare molti di questi inconvenienti.
Il sulfolano è un solvente originariamente creato per l'uso nell'industria petrolifera e del gas, ma ora è utilizzato in molti ambienti industriali diversi perché rimane stabile a temperature elevate. Il perclorato di litio è un composto inorganico che viene combinato con il sulfolano per aiutare a mantenere la stabilità dell'elettrolita. Viene aggiunta una terza sostanza chimica per diluire l'elettrolita e favorire la stabilità dell'elettrolita a un'ampia gamma di temperature.
Per verificare l'efficacia dell'elettrolita proposto, i ricercatori hanno creato una batteria utilizzando l'elettrolita ed eseguito una serie di test e calcoli teorici.
Hanno scoperto che il solvente era in grado di mantenere la conduttività a un'ampia gamma di temperature, che variavano da -60 a 55 gradi Celsius. In confronto, gli elettroliti tradizionali tendono a solidificarsi a temperature inferiori a -20 gradi Celsius. L'aggiunta di perclorato di litio all'elettrolita rafforza il modo in cui le diverse sostanze chimiche nell'elettrolita interagiscono tra loro e riduce la quantità di energia richiesta, facilitando il funzionamento dell'elettrolito a temperature più basse.
"L'elettrolita diluito a base di sulfolano ad alta concentrazione con additivo perclorato di litio realizza l'applicazione ad alta temperatura nelle celle ad alta tensione. Questa combinazione migliora il trasferimento degli ioni di litio e riduce l'energia di desolvatazione, inibendo la continua decomposizione dell'elettrolita e il deterioramento acuto del catodo ad alte temperature", ha detto Lian. "Il nostro lavoro fornisce una comprensione completa del design molecolare dell'elettrolita, facilitando lo sviluppo di batterie al litio ad alta densità di energia". + Esplora ulteriormente
