Il design della batteria agli ioni di litio a prova di incendio sopravvive alla perforazione delle unghie e previene la fuga termica
Le tradizionali batterie agli ioni di litio, che alimentano un'ampia gamma di dispositivi elettronici, dalle automobili agli smartwatch, presentano un rischio significativo di incendio. Quando sono danneggiate, sovraccaricate o difettose, possono subire una fuga termica - un evento pericoloso in cui i componenti interni si rompono e rilasciano calore estremo. In una batteria tipica, questo può causare un'impennata delle temperature di oltre 500 °C, con conseguenti incendi ed esplosioni.
Ora, un team di ricercatori in Cina, principalmente dell'Università cinese di Hong Kong, ha sviluppato un nuovo design di batteria che mitiga questo rischio. In uno studio - pubblicato sulla rivista Nature - il team ha dettagliato il nuovo design e i risultati dei test. Quando è stata penetrata da un chiodo, la batteria agli ioni di litio realizzata con questo design ha registrato un aumento di temperatura di circa 3,5 °C ed è rimasta stabile. Per quanto riguarda la batteria con elettroliti convenzionali, sono stati registrati un picco di temperatura di 555,2 °C, un'esplosione e un incendio.
Il team è riuscito a fare questa scoperta solo dopo aver identificato il colpevole: l'associazione di ioni. Nelle batterie convenzionali, il modo in cui gli ioni di litio e gli ioni negativi si raggruppano nell'elettrolita è utile per formare uno strato protettivo chiamato Interfase solida dell'elettrolita (SEI), che è fondamentale per una lunga durata del ciclo. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che questa stessa associazione di ioni abbassa anche la temperatura di inizio della fuga termica di circa 94 °C, rendendo la batteria molto meno sicura.
Per risolvere questo compromesso, il team ha sviluppato quella che chiama una "strategia solvente-relay" Hanno progettato un nuovo elettrolita che si comporta in modo diverso a diverse temperature. A temperatura ambiente, promuove l'associazione ionica necessaria per una buona formazione di SEI. Ma a temperature elevate - come quelle di un danno - interviene un solvente specifico chiamato litio bis(fluorosulfonil)imide, che si lega al litio e promuove la dissociazione degli ioni. Questa azione inibisce i pericolosi legami anionici che altrimenti porterebbero al rilascio di calore.
Il design si è dimostrato sicuro e duraturo. Le celle progettate con la nuova strategia hanno anche dimostrato un'eccezionale durata dei cicli, conservando circa l'81,9% della loro capacità dopo 1.000 cicli.
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