I ricercatori hanno a lungo considerato le batterie al litio metallico come il "Santo Graal" per lo stoccaggio di energia. Hanno un'elevata densità di energia:quanta energia trasporta una batteria rispetto al suo peso. Ciò significa che possono essere resi più piccoli e leggeri, immagazzinando la stessa quantità di energia di una maggiore, batterie più pesanti realizzate con altri materiali, oppure possono trasportare più energia nella stessa batteria di dimensioni.

Confezionare più energia in una batteria della stessa dimensione significa che un veicolo elettrico che utilizza batterie al litio metallico può guidare più lontano con una singola carica. Infatti, le batterie con anodo al litio metallico hanno il potenziale per più del doppio della densità di energia delle attuali batterie per veicoli elettrici. Ma, tra gli altri miglioramenti delle prestazioni, devono prima essere resi più sicuri da usare.

Un team di ricerca del Pacific Northwest National Laboratory ha affrontato la sicurezza e le sfide prestazionali poste dalle batterie al litio metallico attraverso lo sviluppo di un nuovo elettrolita. L'elettrolita in una batteria è la soluzione chimica che consente il flusso elettrico tra l'anodo e il catodo. Il nuovo elettrolita è descritto nell'articolo "Batterie al litio metallico ad alta efficienza con elettroliti ignifughi, " pubblicato in Joule .

Trovare la "soluzione" per prevenire gli incendi

La principale sfida per la sicurezza con le batterie al litio metallico coinvolge picchi o fili, chiamati dendriti, di litio che crescono sull'anodo della batteria. I dendriti possono scaricare l'energia della batteria, cortocircuitare i suoi circuiti interni, e influire sulle capacità di ricarica della batteria. In alcuni casi, i dendriti si sono spontaneamente bruciati e hanno preso fuoco.

Per ridurre o eliminare questi problemi di sicurezza e prestazioni, il team ha sostituito i componenti in un elettrolita contenente un sale altamente concentrato localizzato (bis(fluorosulfonil)immide di litio) con un materiale ignifugo inerte o chimicamente inattivo, trietilfosfato/bis(2, 2, 2-trifluoroetil) etere.

La soluzione combinata forma ammassi di sale altamente concentrati che ricoprono l'anodo con uno strato di depositi di litio, eliminando la formazione di dendriti ed estinguendo i problemi di sicurezza.

un salato, eppure costante, prestazione

Il rivestimento non danneggia le prestazioni dell'anodo in metallo di litio, che ha un'elevata efficienza (99,2 per cento).

"Le alte prestazioni sicure e stabili di questa batteria dimostrano che siamo un passo più vicini all'utilizzo di batterie al litio metallico in applicazioni pratiche per veicoli elettrici, " disse Ji-Guang (Jason) Zhang, un esperto di batterie e borsista di laboratorio al PNNL. "Questi risultati possono anche aiutare lo sviluppo di simili, elettroliti meno costosi per migliorare le prestazioni e la sicurezza di altri tipi di batterie."