Batterie al litio a rischio esplosione: un gel elettrolitico le rende più sicure

Da tempo l’industria sta guardando a un’alternativa concreta alle storiche batterie agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di sodio si preannunciano più sicure, durature ed ecosostenibili.

Un team di ricerca della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) ha tuttavia voluto dimostrare che c’è ancora spazio per ottimizzare le batterie Li-ion, riducendo significativamente il rischio esplosione e aumentandone le aspettative di vita. Avete presente il comune fenomeno della batteria gonfia? Rappresenta un campanello d’allarme inequivocabile.

Il professor Wolfgang Binder, a capo del gruppo di ricerca di chimica macromolecolare presso MLU, spiega che le batterie agli ioni di litio possono essere caricate più rapidamente rispetto alle batterie ricaricabili convenzionali e possono essere utilizzate in quasi tutti gli aspetti della vita. Tuttavia, gli elettroliti che trasportano gli ioni, essenziali per il funzionamento della batteria, sono altamente infiammabili, aumentando il rischio di incendi o esplosioni in caso di danni.

Il gel elettrolitico che azzera il rischio esplosione per le batterie agli ioni di litio

Gli studiosi della MLU, polo accademico tedesco situato nella regione della Sassonia-Anhalt, hanno ideato un innovativo gel elettrolitico polimerico altamente conduttivo, termicamente stabile e robusto.

I ricercatori Wolfgang Binder e Anja Marinow presentano il gel elettrolitico di loro ideazione. Credit: Uni Halle / Heiko Rebsch

Il gel elettrolitico creato in laboratorio combina i vantaggi degli elettroliti liquidi e solidi. La sua struttura polimerica è basata su un sale di pirrolidina; presenta una rete incrociata attraverso legami covalenti e una struttura dinamica che si sviluppa usando legami idrogeno. Questo approccio innovativo consente di ottenere una conduttività elettrica significativa, compresa tra 2 e 7 x 10^-4 S/m (Siemens per metro) a 25 °C.

Anche se questi valori possono sembrare piccoli rispetto a conduttori come il rame, sono considerati significativi per un elettrolita, specialmente quando si tratta dello sviluppo di batterie.

Il nuovo approccio permette il libero movimento degli ioni tra gli elettrodi, migliorando le prestazioni e la durata delle batterie. I risultati iniziali degli studi mostrano che il nuovo elettrolita è stabile a tensioni superiori a 5 volt, ben oltre il limite critico di 3,6 volt delle batterie agli ioni di litio convenzionali.

Il materiale appena presentato manifesta inoltre una notevole resistenza al calore, potendo sopportare temperature superiori ai 200°C. Come già sottolineato, inoltre, non è infiammabile, riducendo il rischio di incendi ed esplosioni, frequentemente associati agli elettroliti liquidi.

Sicurezza e riciclabilità

La sicurezza delle batterie agli ioni di litio è una preoccupazione crescente, specialmente con l’aumento dell’uso di dispositivi elettronici portatili e veicoli elettrici. Secondo la ricercatrice Anja Marinow, “negli accumulatori agli ioni di litio convenzionali, l’elettrolita liquido forma uno strato stabilizzante sugli elettrodi durante la prima carica, essenziale per le prestazioni e la vita utile della batteria”. La necessità di un design completamente nuovo ha portato all’incorporazione di uno scheletro ionico nella catena polimerica del gel.

La possibilità di rigenerare le prestazioni originali della batteria riscaldando il gel a 70°C per quattro ore rappresenta un ulteriore vantaggio. Questa caratteristica non solo migliora la riciclabilità delle batterie, ma offre anche un’opportunità per un uso più sostenibile delle risorse.

Potenziale impatto sul mercato delle batterie

La combinazione della stabilità termica, della conducibilità elevata e della sicurezza garantite dal nuovo gel potrebbe avere un impatto significativo sul mercato delle batterie.

La ricerca condotta presso la MLU rappresenta un passo significativo nell’evoluzione delle batterie agli ioni di litio. Con l’introduzione di questo gel elettrolitico innovativo, l’industria e gli utenti finali potrebbero trarre vantaggio da prestazioni superiori e una vita utile prolungata per le batterie, con implicazioni potenzialmente rivoluzionarie per una vasta gamma di applicazioni.

Credit immagine in apertura: iStock.com – Black_Kira