Un team di ricerca della Washington State University ha sviluppato un modo per affrontare un importante problema di sicurezza con le batterie al litio metallico, un'innovazione che potrebbe rendere le batterie ad alta energia più praticabili per lo stoccaggio di energia di prossima generazione.

I ricercatori hanno utilizzato una formulazione per le loro batterie che ha portato alla formazione di un unico, strato protettivo attorno al loro anodo di litio, proteggendo le batterie dal degrado e consentendo loro di funzionare più a lungo in condizioni tipiche. Guidato da Min-Kyu Song, assistente professore presso la WSU School of Mechanical and Materials Engineering, i ricercatori riferiscono del lavoro sulla rivista, Nano energia .

Il litio metallico è considerato il "materiale dei sogni" per le batterie, Canzone ha detto. Questo perché tra i materiali solidi conosciuti, ha la più alta densità di energia, il che significa che le batterie potrebbero durare il doppio e contenere più energia rispetto alle onnipresenti batterie agli ioni di litio che alimentano la maggior parte dell'elettronica moderna. Mentre le batterie agli ioni di litio funzionano facendo passare ioni di litio tra un anodo di grafite e un catodo di ossido di cobalto di litio, l'anodo in una batteria al litio-metallo è realizzato con il metallo al litio ad alta energia.

"Se possiamo usare direttamente il litio metallico, possiamo migliorare notevolmente la densità energetica delle batterie, " ha detto la canzone.

Sebbene i vantaggi del litio metallico siano noti da decenni, i ricercatori non sono mai stati in grado di farli lavorare in sicurezza. Poiché gli elettroni viaggiano tra l'anodo e il catodo attraverso il circuito esterno per alimentare un dispositivo, Alberi di Natale simili a dendriti iniziano a formarsi sul metallo di litio. I dendriti crescono fino a causare cortocircuiti elettrici, incendi, o esplosioni. Anche se non prendono fuoco, anche le batterie al litio metallico perdono molto rapidamente la capacità di caricarsi.

Il team di ricerca della WSU ha sviluppato una batteria in cui hanno confezionato disolfuro di selenio, una sostanza chimica non tossica utilizzata nello shampoo antiforfora, in una struttura porosa di carbonio per il loro catodo. Hanno aggiunto due additivi agli elettroliti liquidi che vengono tipicamente esplorati nelle batterie al litio di nuova generazione.

I due additivi hanno lavorato in sinergia e hanno formato uno strato protettivo sulla superficie del metallo di litio che era denso, conduttivo, e abbastanza robusto da sopprimere la crescita dei dendriti pur consentendo una buona stabilità del ciclo, Canzone ha detto. Quando testati a densità di corrente tipiche che le persone userebbero per l'elettronica, l'anodo al litio metallico protetto è stato in grado di ricaricarsi 500 volte e ha mantenuto un'elevata efficienza.

"Uno strato protettivo così unico ha portato a piccoli cambiamenti morfologici dell'anodo di litio durante il ciclo e ha mitigato efficacemente la crescita di dendriti di litio e reazioni collaterali indesiderate, " Egli ha detto.

I ricercatori ritengono che la loro tecnologia possa essere scalabile e conveniente.

"Se commercializzato, questa nuova formulazione ha un potenziale reale, " ha detto Song. "Rispetto alle batterie a stato solido che sono ancora lontane anni, non è necessario modificare le procedure di produzione, e questo sarebbe applicabile all'industria reale molto prima, aprendo una strada promettente verso lo sviluppo di batterie al litio metallico ad alta energia con un lungo ciclo di vita".

I ricercatori continuano a lavorare sulla batteria, sviluppando un separatore che proteggerà ulteriormente i materiali della batteria dal deterioramento e migliorerà la sicurezza senza compromettere le prestazioni.