Quando si tratta della salsa speciale delle batterie, i ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory del Department of Energy hanno scoperto che è tutta una questione di concentrazione di sale. Prendendo la giusta quantità di sale, proprio dove lo vogliono, hanno dimostrato che una piccola batteria al litio-metallo può ricaricarsi circa sette volte di più rispetto alle batterie con elettroliti convenzionali.

La soluzione elettrolitica di una batteria trasporta atomi carichi tra gli elettrodi per generare elettricità. Trovare una soluzione elettrolitica che non corroda gli elettrodi in una batteria al litio-metallo è una sfida, ma l'approccio PNNL, pubblicato online in Materiale avanzato , crea con successo uno strato protettivo attorno agli elettrodi e ottiene cicli di carica/scarica notevolmente aumentati.

Elettroliti convenzionali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio, che alimentano l'elettronica domestica come computer e telefoni cellulari, non sono adatti per batterie al litio-metallo. Le batterie al litio metallico che sostituiscono un elettrodo di grafite con un elettrodo di litio sono il "Santo Graal" dei sistemi di accumulo di energia perché il litio ha una maggiore capacità di accumulo e, perciò, una batteria al litio-metallo ha il doppio o il triplo della capacità di immagazzinamento. Quella potenza extra consente ai veicoli elettrici di guidare più di due volte più a lungo tra una ricarica e l'altra.

L'aggiunta di più sale a base di litio alla miscela di elettrolita liquido crea un'interfaccia più stabile tra l'elettrolita e gli elettrodi che, a sua volta, influisce sulla durata della batteria. Ma quell'alta concentrazione di sale ha diversi aspetti negativi, incluso l'alto costo del sale di litio. L'elevata concentrazione aumenta anche la viscosità e riduce la conduttività degli ioni attraverso l'elettrolita.

"Cercavamo di preservare il vantaggio dell'alta concentrazione di sale, ma compensare gli svantaggi, " disse Ji-Guang "Jason" Zhang, un ricercatore senior di batterie al PNNL. "Combinando un solvente a base di fluoro per diluire l'elettrolita ad alta concentrazione, il nostro team è stato in grado di ridurre significativamente la concentrazione totale di sale di litio pur mantenendo i suoi benefici".

In questo processo, sono stati in grado di localizzare le alte concentrazioni di sale a base di litio in "cluster" che sono ancora in grado di formare barriere protettive sull'elettrodo e prevenire la crescita di dendriti - microscopici, fibre simili a spilli, che causano il cortocircuito delle batterie ricaricabili e ne limitano la durata.

L'elettrolita in attesa di brevetto di PNNL è stato testato nell'Advanced Battery Facility di PNNL su una cella di batteria sperimentale di dimensioni simili a una batteria per orologio. È stato in grado di mantenere l'80% della sua carica iniziale dopo 700 cicli di scarica e ricarica. Una batteria che utilizza un elettrolita standard può mantenere la carica solo per circa 100 cicli.

I ricercatori testeranno questo elettrolita localizzato ad alta concentrazione su batterie "a sacchetto" sviluppate in laboratorio, che sono le dimensioni e la potenza di una batteria del telefono cellulare, per vedere come si comporta su quella scala. Dicono che il concetto di utilizzare questo nuovo diluente a base di fluoro per manipolare la concentrazione di sale funziona bene anche per le batterie sodio-metallo e altre batterie metalliche.

Questa ricerca fa parte del Consorzio Battery500 guidato da PNNL che mira a sviluppare piccoli, accendino, e batterie meno costose che quasi triplicano l'energia specifica trovata nelle batterie che alimentano le auto elettriche di oggi. L'energia specifica misura la quantità di energia racchiusa in una batteria in base al suo peso.