Elettrolita più sicuro per il litio

L'elettrolito più sicuro per le batterie agli ioni di litio funziona bene nelle regioni fredde. I veicoli elettrici stanno crescendo ampiamente in tutto il mondo; in futuro potrebbero sostituire i veicoli a combustibili fossili poiché i veicoli elettrici sono più efficienti dei veicoli a carburante, hanno costi di gestione inferiori, meno manutenzione e sono rispettosi dell’ambiente. Le batterie sono i sistemi di accumulo di energia chimica più comuni utilizzati nei veicoli elettrici. Le batterie agli ioni di litio sono il sistema di batterie dominante nei veicoli elettrici perché presentano un’elevata densità di energia e una lunga durata.

Tuttavia, temperature estremamente basse possono ridurre l'energia e la capacità di alimentazione delle batterie agli ioni di litio. Il problema principale risiede nell'elettrolita liquido che trasferisce le particelle che trasportano la carica chiamate ioni tra i due elettrodi della batteria, provocando la carica e la scarica della batteria. Ma il liquido inizia a congelare a temperature inferiori allo zero, limitando l’efficacia della ricarica dei veicoli elettrici nelle regioni e nelle stagioni fredde.

Per superare questi problemi, il team di scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), degli Argonne National Laboratories e dei Lawrence Berkeley National Laboratories ha sviluppato un elettrolita contenente fluoro che funziona bene anche a temperature inferiori allo zero.

Il team ha studiato molti solventi fluorurati. Hanno identificato la struttura con la barriera energetica più bassa per rilasciare gli ioni di litio dai cluster a temperature inferiori allo zero.

Gli scienziati hanno rivelato che la fluorurazione o livelli più elevati di fluorurazione vicino al gruppo estere impongono un maggiore effetto di ritiro degli elettroni, con conseguente riduzione delle cariche atomiche, minore energia di legame allo ione litio, minore conduttività ionica e scarsa solubilità alle basse temperature.

Hanno anche determinato su scala atomica il motivo per cui quella particolare struttura funzionava così bene. Dipende dalla posizione e dal numero di atomi di fluoro in ciascuna molecola di solvente.

Nei test sulle celle di laboratorio, l'elettrolita fluorurato del team ha mantenuto una capacità di accumulo di energia stabile a meno 4 gradi Fahrenheit per 400 cicli di carica-scarica. Anche a quella temperatura sotto lo zero, la capacità era equivalente a quella di una cella con un elettrolita convenzionale a base di carbonato a temperatura ambiente.

L'elettrolita antigelo ha la proprietà bonus di essere più sicuro degli elettroliti a base di carbonato attualmente utilizzati, poiché non è infiammabile.

Il DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Vehicle Technologies Office ha finanziato questo lavoro.

L'elettrolita fluorurato funziona a temperature inferiori allo zero, il che rende i veicoli elettrici utili nelle aree in cui la temperatura è bassa. Inoltre, questo può aiutare la tecnologia delle batterie ad evolversi e ad essere utilizzata per vari scopi.

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Un elettrolita più sicuro per le batterie agli ioni di litio funziona bene nelle regioni fredde, 22 maggio 2023