(Phys.org) — Cercando batterie migliori per caricare le auto elettriche e immagazzinare energia da energia solare ed eolica rinnovabile ma intermittente, scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory hanno sviluppato il primo ad alte prestazioni, elettrolita solido nanostrutturato per batterie agli ioni di litio più dense di energia.

Le odierne batterie agli ioni di litio si basano su un elettrolita liquido, il materiale che conduce ioni tra l'anodo caricato negativamente e il catodo positivo. Ma gli elettroliti liquidi spesso comportano problemi di sicurezza a causa della loro infiammabilità, soprattutto quando i ricercatori cercano di accumulare più energia in un volume della batteria più piccolo. Costruire batterie con un elettrolita solido, come hanno dimostrato i ricercatori dell'ORNL, potrebbe superare questi problemi di sicurezza e vincoli di dimensione.

"Per rendere più sicuro, batteria leggera, abbiamo bisogno del design all'inizio per avere in mente la sicurezza, " ha detto Chengdu Liang di ORNL, che ha condotto lo studio appena pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana . "Abbiamo iniziato con un materiale convenzionale che è altamente stabile in un sistema di batterie, in particolare uno che è compatibile con un anodo di litio metallico".

La capacità di utilizzare puro litio metallico come anodo potrebbe in definitiva produrre batterie da cinque a 10 volte più potenti delle versioni attuali, che impiegano anodi a base di carbonio.

"Il ciclo del litio metallico altamente reattivo negli elettroliti organici infiammabili causa gravi problemi di sicurezza, " ha detto Liang. "Un elettrolita solido consente al metallo di litio di funzionare bene, con una maggiore sicurezza."

Il team ORNL ha sviluppato il suo elettrolita solido manipolando un materiale chiamato tiofosfato di litio in modo che potesse condurre ioni 1, 000 volte più veloce della sua forma sfusa naturale. I ricercatori hanno utilizzato un processo chimico chiamato nanostrutturazione, che altera la struttura dei cristalli che compongono il materiale.

"Pensaci in termini di un grande cristallo di quarzo contro sabbia finissima della spiaggia, " ha detto il coautore Adam Rondinone. "Puoi avere lo stesso volume totale di materiale, ma è suddiviso in particelle molto piccole che sono impacchettate insieme. È fatto degli stessi atomi in più o meno le stesse proporzioni, ma su scala nanometrica la struttura è diversa. E ora questo materiale solido conduce gli ioni di litio a una velocità molto maggiore rispetto al grande cristallo originale".

I ricercatori stanno continuando a testare le celle della batteria su scala di laboratorio, e un brevetto sull'invenzione della squadra è in attesa.

"Usiamo una temperatura ambiente, reazione basata sulla soluzione che riteniamo possa essere facilmente scalata, " Ha detto Rondinone. "È un modo efficiente dal punto di vista energetico per produrre grandi quantità di questo materiale".