Test di penetrazione del chiodo con una batteria commerciale (in alto) e un elettrolita modificato (in basso)
Professor Yi-Chun Lu, Università cinese di Hong Kong
Cambiare anche solo uno dei materiali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio potrebbe prevenire incendi incontrollati quando vengono forate o piegate, e la produzione di massa di queste batterie sicure potrebbe iniziare nei prossimi anni.
Le batterie agli ioni di litio utilizzate negli smartphone, nei computer portatili e nelle auto elettriche sono costituite da un elettrodo di grafite, un elettrodo di ossido di metallo e un elettrolita di sale di litio disciolto in un solvente. L’elettrolita liquido consente agli ioni di muoversi in una direzione per caricare la batteria e rilasciare energia nell’altra direzione per alimentare i dispositivi.
Ma se questa struttura viene perforata in modo tale da provocare un cortocircuito, tutta l’energia chimica immagazzinata al suo interno verrà rilasciata rapidamente, provocando un incendio o addirittura un’esplosione.
I ricercatori hanno sviluppato batterie alternative per prevenire tali incendi, tra cui gel protettivi e persino sostituti solidi dell’elettrolita liquido. Ora, tu sole L’Università cinese di Hong Kong e i suoi colleghi hanno creato un progetto più sicuro che può essere realizzato esattamente come le batterie esistenti semplicemente modificando il contenuto dell’elettrolito.
L’incendio si verifica quando gli ioni caricati negativamente, chiamati ioni, rompono i loro legami con il litio nella batteria. Quando i legami si rompono, rilasciano più calore e continuano il ciclo distruttivo in un processo chiamato fuga termica.
Per aggirare questo problema, i ricercatori hanno creato un secondo solvente, chiamato litio bis(fluorosulfonil)immide, che si lega al litio meglio del solvente esistente solo a temperature più elevate, quando l’instabilità termica è appena iniziata. A differenza dei normali solventi, in questo nuovo materiale non possono esistere legami ionici e quindi non si può generare il circolo vizioso del rilascio di calore. Se forata con un chiodo, la temperatura all’interno della batteria aumenta di soli 3,5°C, mentre le batterie convenzionali possono riscaldarsi oltre 500°C.
“Il cattivo ragazzo è lo ione, che ha un’energia di legame molto elevata – ed è la rottura di questi legami che provoca l’instabilità termica”, afferma Gary Lee All’Università di Birmingham, nel Regno Unito. “Ciò sta eliminando il problema da questo processo. È un enorme passo avanti in termini di sicurezza della batteria.”
Nei test, le batterie che utilizzano il nuovo solvente hanno mantenuto l’82% della loro capacità durante 4100 ore di utilizzo, il che significa che possono competere con la tecnologia attuale.
Leakey afferma che i risultati potrebbero essere incorporati nella prossima generazione di batterie e poi prodotti in serie in tre-cinque anni.
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