Ricercatori in Cina hanno sviluppato una batteria con elettrodi composti organici che può funzionare a -70 gradi Celsius, molto più fredda della temperatura alla quale le batterie agli ioni di litio perdono gran parte della loro capacità di condurre e immagazzinare energia. Le scoperte, pubblicato il 28 febbraio sulla rivista Joule , potrebbe aiutare gli ingegneri a sviluppare una tecnologia adatta a resistere alle zone più fredde dello spazio o alle regioni più gelide della Terra.

Sebbene le batterie possano funzionare in climi relativamente freddi, hanno i loro limiti. La maggior parte funziona solo al 50% del loro livello ottimale quando la temperatura raggiunge i -20 gradi Celsius, e di -40 gradi Celsius, le batterie agli ioni di litio hanno solo circa il 12% della loro capacità a temperatura ambiente. Questo può essere gravemente limitante quando si tratta di far funzionare le batterie nello spazio, dove le temperature possono scendere fino a -157 gradi Celsius, o anche in alcune parti del Canada e della Russia, dove le temperature possono essere inferiori a -50 gradi Celsius.

Ma un team di ricercatori di batterie ha trovato un design che può funzionare anche dove altre batterie potrebbero guastarsi. "È noto che sia l'elettrolita (il mezzo chimico che trasporta ioni tra gli elettrodi) che gli elettrodi (il catodo caricato positivamente e l'anodo caricato negativamente) hanno una grande influenza sulle prestazioni della batteria, "dice il dottor Yong-yao Xia, un ricercatore di batterie presso il Dipartimento di Chimica dell'Università Fudan di Shanghai, Cina.

Quando fa freddo, gli elettroliti convenzionali a base di esteri che le batterie agli ioni di litio usano spesso diventano conduttori lenti e le reazioni elettrochimiche che si verificano all'interfaccia tra l'elettrolita e l'elettrodo faticano a continuare, il che significa che le batterie agli ioni di litio non reggono troppo bene in ultra -climi freddi. È un problema che ha costantemente irritato i ricercatori.

Il team ha sperimentato l'utilizzo di un elettrolita a base di estere (acetato di etile), che ha un basso punto di congelamento che gli consente di condurre una carica anche a temperature estremamente basse. Per gli elettrodi, hanno usato due composti organici:un catodo di politrifenilammina (PTPAn) e 1, 4, 5, Anodo di poliimmide derivata da 8-naftalentetracarbossilica (NTCDA) (PNTCDA). A differenza degli elettrodi utilizzati nelle batterie agli ioni di litio, questi composti organici non si basano sull'intercalazione, il processo di integrazione continua di ioni nella loro matrice molecolare, che rallenta al diminuire della temperatura.

"Traendo vantaggio dall'elettrolita a base di acetato di etile e dagli elettrodi di polimeri organici, la batteria ricaricabile può funzionare bene alla temperatura ultrabassa di -70 gradi Celsius, " dice Xia.

Xia e il suo team ritengono che questa possa essere una soluzione più elegante rispetto ai tentativi alternativi di potenziare la funzione della batteria agli ioni di litio a temperature estreme. Altri ricercatori di batterie hanno cercato di rimediare al problema sviluppando additivi per riscaldare esternamente le batterie o utilizzando un elettrolita di gas liquefatto, ma queste soluzioni richiedono materiali aggiuntivi che aggiungono peso extra.

Xia pensa che la composizione della batteria abbia molte altre qualità favorevoli alla produzione, pure. "Rispetto ai materiali degli elettrodi contenenti metalli di transizione nelle batterie convenzionali agli ioni di litio, i materiali organici sono abbondanti, poco costoso, e rispettoso dell'ambiente, " dice. Stima il prezzo dei materiali degli elettrodi a circa un terzo del prezzo degli elettrodi in una batteria agli ioni di litio.

Però, la batteria richiederà ancora alcune modifiche prima che sia pronta per lasciare il laboratorio. Xia ritiene che l'energia specifica (l'energia per unità di massa) della batteria sia ancora bassa rispetto alle batterie agli ioni di litio commercializzate, e il processo di assemblaggio deve essere ulteriormente ottimizzato. "Ma anche se ha una bassa energia specifica, fornisce il potenziale più promettente in applicazioni speciali sul campo, " dice Xi.