Utilizzando un avanzato, nuova tecnica di microscopia in grado di visualizzare le reazioni chimiche che si verificano in ambienti liquidi, i ricercatori hanno scoperto un nuovo motivo per cui le batterie al litio-ossigeno, che promettono fino a cinque volte più energia delle batterie agli ioni di litio che alimentano veicoli elettrici e telefoni cellulari, tendono a rallentare e a morire dopo pochi cicli di carica/scarica. Riportano i loro risultati sulla rivista Nano energia .

"Quello che abbiamo potuto vedere per la prima volta è che il perossido di litio si sviluppa nell'elettrolita liquido delle batterie al litio-ossigeno, e contribuisce al rallentamento e alla morte definitiva di queste batterie, " disse Reza Shahbazian-Yassar, professore associato di ingegneria meccanica e industriale presso l'Università dell'Illinois al Chicago College of Engineering e autore principale dell'articolo. "Questo è un motivo appena scoperto per cui queste promettenti batterie hanno un calo così netto in termini di efficienza e rendimento dopo relativamente pochi cicli di carica/scarica".

Le batterie al litio-ossigeno sono allettanti da anni per i ricercatori di batterie a causa della loro potenziale elevata densità di energia. Ma tendono a rallentare e smettono di funzionare in tempi relativamente brevi rispetto ad altre batterie. Uno dei motivi di questa perdita di potenza è che un sottoprodotto delle reazioni chimiche che avvengono all'interno della batteria, il perossido di litio, si accumula sugli elettrodi della batteria. Gli elettrodi rivestiti non possono più funzionare in modo efficiente e le reazioni chimiche che producono energia alla fine si fermano.

Ma ora, Shahbazian-Yassar e i suoi colleghi, utilizzando una nuova tecnica di microscopia elettronica a trasmissione sviluppata dagli studenti laureati in ingegneria dell'UIC Kun He e Yifei Yuan, hanno dimostrato a livello nanometrico, che il perossido di litio si forma anche nel componente dell'elettrolita liquido della batteria, ulteriore rallentamento delle reazioni chimiche.

"Sapere che il perossido di litio si accumula nell'elettrolita stesso è una scoperta molto importante, " disse Shahbazian-Yassar. "Ora, possiamo iniziare a elaborare idee e progetti che impediscano che ciò accada o facciano qualcosa per mantenere il corretto funzionamento dell'elettrolita in modo che non interferisca con il funzionamento della batteria, e possiamo usare la nuova tecnica di microscopia liquida per vedere se ci stiamo muovendo nella giusta direzione".

Finora, le batterie al litio-ossigeno sono esistite solo come prototipi da laboratorio, con batterie al litio-ossigeno prodotte in serie per uso pubblico o commerciale ancora molto lontane, ha detto Shahbazian-Yassar. "Ci sono molti problemi che devono essere superati con le batterie al litio-aria prima che possano entrare nell'uso tradizionale, ma sapere esattamente quali sono i problemi è un primo grande passo verso la commercializzazione di queste batterie ad altissima densità di energia".