Il successo delle batterie per auto elettriche dipende dai chilometri che si possono percorrere con una singola carica, ma l'attuale produzione di batterie agli ioni di litio sta raggiungendo il limite naturale di quanta carica può essere imballata in un dato spazio, mantenendo i conducenti a corto di cavi. Ora, ricercatori dell'Università del Maryland (UMD), il Laboratorio di Ricerca dell'Esercito degli Stati Uniti (ARL), e Argonne National Laboratory (ANL) hanno scoperto come aumentare la capacità di una batteria ricaricabile utilizzando elettrodi aggressivi e quindi stabilizzando questi materiali potenzialmente pericolosi con un elettrolita altamente fluorurato.

Un documento sottoposto a revisione paritaria basato sulla ricerca è stato pubblicato il 16 luglio sulla rivista Nanotecnologia della natura .

"Abbiamo creato un elettrolita a base di fluoro per consentire un anodo di litio-metallo, che è notoriamente instabile, e ha dimostrato una batteria che dura fino a mille cicli con capacità elevata, " hanno affermato i co-primi autori Xiulin Fan e Long Chen, ricercatori post-dottorato presso la A. James Clark School of Engineering di UMD.

Le nuove batterie possono quindi caricarsi e scaricarsi più volte senza perdere la capacità di fornire un flusso di energia affidabile e di alta qualità. Anche dopo mille cicli di carica, gli elettroliti potenziati con fluoro hanno assicurato il 93% della capacità della batteria, che gli autori chiamano "senza precedenti". Ciò significa che un'auto che utilizza questa tecnologia percorrerà in modo affidabile lo stesso numero di miglia per molti anni.

"Il ciclo di vita che hanno raggiunto con i dati materiali degli elettrodi e le finestre di tensione di funzionamento sembrano 'senza precedenti.' Questo lavoro è un [sic] grande progresso in avanti nel campo delle batterie nella direzione di aumentare la densità di energia, anche se potrebbe essere necessaria un'ulteriore messa a punto per soddisfare i vari standard per la commercializzazione, " disse Jang Wook Choi, professore associato in ingegneria chimica e biologica presso la Seoul National University in Corea del Sud. Choi non era coinvolto nella ricerca.

Il team ha dimostrato le batterie in forma di celle a bottone come una batteria per orologi per i test e sta lavorando con i partner del settore per utilizzare gli elettroliti per una batteria ad alta tensione.

Questi materiali aggressivi, come l'anodo di litio-metallo e i materiali di nichel e catodo ad alta tensione, sono chiamati tali perché reagiscono fortemente con altro materiale, il che significa che possono contenere molta energia ma tendono anche a "divorare" qualsiasi altro elemento con cui sono associati, rendendoli inutilizzabili.

Chunsheng Wang, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biochimica della Clark School, ha collaborato con Kang Xu presso ARL e Khalil Amine presso ANL su questi nuovi materiali elettrolitici per batterie. Poiché ogni elemento della tavola periodica ha una diversa disposizione degli elettroni, Wang studia come ogni permutazione della struttura chimica può essere un vantaggio o uno svantaggio in una batteria. Lui e Xu sono anche a capo di uno sforzo collaborativo industria-università-governo chiamato Center for Research in Extreme Batteries, che mira a unire le aziende che hanno bisogno di batterie per usi insoliti con i ricercatori che possono inventarle.

"Lo scopo della ricerca era superare il limite di capacità che le batterie agli ioni di litio subiscono. Abbiamo identificato che il fluoro è l'ingrediente chiave che assicura che queste sostanze chimiche aggressive si comportino in modo reversibile per garantire una lunga durata della batteria. Un ulteriore merito del fluoro è che rende il elettroliti solitamente combustibili completamente incapaci di prendere fuoco, " ha detto Wang.

Il team ha catturato il video di diverse celle della batteria che prendono fuoco in pochi istanti, ma la batteria al fluoro era impermeabile.

L'elevata popolazione di specie contenenti fluoro nelle interfasi è la chiave per far funzionare il materiale, anche se i risultati sono variati per diversi ricercatori in passato per quanto riguarda la fluorurazione.

"Puoi trovare prove dalla letteratura che supportano o disapprovano il fluoro come buon ingrediente nelle interfasi, " disse Xu, borsista di laboratorio e capogruppo della ricerca presso l'ARL. "Ciò che abbiamo imparato in questo lavoro è che, nella maggior parte dei casi non sono solo gli ingredienti chimici che hai nell'interfase, ma come sono disposti e distribuiti."