Queste nuove batterie agli ioni di litio funzionano a meno 80 gradi

Il lavoro degli scienziati cinesi ha portato a una potenziale svolta nel campo delle batterie, in particolare per applicazioni in condizioni di freddo estremo. La loro scoperta risolve un problema di vecchia data associato alle batterie agli ioni di litio: le loro prestazioni significativamente ridotte alle basse temperature.

Il problema con le batterie agli ioni di litio quando fa freddo

Nonostante il loro predominio in molte tecnologie moderne, dalla mobilità elettrica allo stoccaggio dell’energia, batterie agli ioni di litio sono limitati dalle loro prestazioni alle basse temperature. Quando la temperatura scende, la capacità di carico e la velocità di carico di queste strutture diminuiscono in modo significativo a causa del maggiore viscosità e ridotta mobilità ioni di litio attraverso l'elettrolita.

Questo problema ha importanti implicazioni non solo per l’elettrificazione dell’aviazione, dove le temperature estreme sono comuni ad altitudini elevate, ma anche per altre applicazioni che richiedono affidabilità in condizioni di freddo. Pensiamo qui in particolare a veicoli elettrici che si evolvono in climi settentrionali o anche a stoccaggio dell’energia rinnovabile nelle regioni fredde.

La soluzione: un nuovo elettrolita

Nell’ambito di questo studio, i ricercatori dell’Università di Zhejiang hanno identificato che il cuore del problema risiede nella natura degli elettroliti utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Esplorando una serie di solventi, hanno poi scoperto che alcuni piccoli solventi potrebbero formare canali di trasporto efficienti per gli ioni di litio, facilitandone il movimento anche a temperature estremamente basse.

Tra i solventi testati, fluoroacetonitrile (FAN) si è rivelato particolarmente promettente. Non solo consente un'eccezionale conduttività ionica a temperatura ambiente, ma mantiene anche questa efficienza in un ampio intervallo di temperature, da -80°C a 60°C. Questa caratteristica rende le batterie dotate di questo elettrolita FAN molto più adatte a condizioni estreme rispetto alle soluzioni attuali. Inoltre, il FAN ha mostrato prestazioni di molti ordini di grandezza migliori rispetto ad altre alternative a -70°C e ha mantenuto queste prestazioni oltre 3.000 cicli a 6°C.

Le implicazioni e le potenzialità di questo elettrolita

L'innovazione dell'elettrolita FAN offre numerosi vantaggi chiave. In primo luogo, consente una ricarica rapida e raggiunge Capacità dell'80% in soli dieci minuti, una caratteristica cruciale per molte applicazioni pratiche, dall'automotive all'aviazione. In secondo luogo, il metodo con cui la ventola circonda gli ioni di litio in due guaine consente una maggiore mobilità degli ioni, un’innovazione che potrebbe trasformare le prestazioni della batteria a basse temperature.

La ricerca suggerisce inoltre che questo approccio potrebbe essere generalizzato ad altri tipi di elettroliti di batterie agli ioni metallici, aprendo la strada a miglioramenti in varie applicazioni oltre agli ioni di litio, comprese le batterie per lo stoccaggio di energia rinnovabile. Ciò rappresenta un progresso significativo per le regioni fredde dove lo stoccaggio dell’energia è fondamentale per compensare le variazioni nella produzione di energia, in particolare in inverno.

Sebbene la tecnologia sia ancora lontana dalla produzione di massa e richieda ulteriori ricerche per convalidarne la fattibilità su larga scala, questa scoperta apre quindi nuove ed entusiasmanti prospettive per il futuro dell’elettrificazione in condizioni estreme.

I dettagli dello studio sono pubblicati sulla rivista Natura.