La nuova batteria al litio raggiunge una densità di oltre 700 Wh/kg e funziona a -50 °C

Un team di ricerca cinese ha sviluppato un nuovo elettrolito di idrofluorocarburi che infrange gli attuali limiti di prestazione delle batterie. Pubblicato sulla rivista Nature, lo studio rivela un solvente in grado di fornire densità energetiche superiori a 700 Wh/kg a temperatura ambiente e circa 400 Wh/kg a -50 °C (122 °F). Questo supera in modo significativo le batterie convenzionali per veicoli elettrici, che in genere raggiungono un picco di circa 270 Wh/kg in condizioni normali, sbloccando un nuovo potenziale per il settore aerospaziale, l'accumulo in rete e il trasporto elettrico in climi estremi.

Storicamente, gli elettroliti delle batterie si basano su leganti a base di ossigeno e azoto per trasportare le cariche tra il catodo e l'anodo. Tuttavia, questi materiali tradizionali creano un forte legame che vanifica il trasferimento di carica all'interfaccia elettrodo-elettrolita, limitando gravemente le prestazioni durante il funzionamento a bassa temperatura o la carica rapida. Per superare questo problema, i ricercatori hanno sintetizzato sei solventi idrofluorurati monofluorocarburi. Progettando in modo specifico i leganti a base di fluoro con ostacoli sterici e basicità di Lewis regolati, il team ha migliorato la dissoluzione del sale di litio fino a superare 2 mol/L.

Il solvente di spicco, il 1,3-difluoropropano, ha dimostrato proprietà eccezionali, tra cui una bassa viscosità di 0,95 centipoise e un'elevata stabilità all'ossidazione oltre i 4,9 volt. Incorporando gli atomi di fluoro nel primo guscio di solvatazione, la debole coordinazione risultante facilita la placcatura e lo stripping del litio in modo altamente efficiente. Questo meccanismo raggiunge un'efficienza coulombiana del 99,7% e una densità di corrente di scambio di una grandezza superiore a quella dei sistemi tradizionali a base di ossigeno a -50 °C (122 °F).

I test hanno dato esito positivo nelle celle a sacchetto di litio-metallo che funzionano con quantità di elettrolito inferiori a 0,5 grammi per ampere-ora. Secondo i ricercatori, questa chimica di coordinazione del fluoro va oltre i limiti tradizionali della progettazione elettrochimica. La futura modulazione dei rapporti di carbonio e fluoro potrebbe produrre variazioni ancora più stabili e ad alto punto di ebollizione, oltre i 100 °C (212 °F), stabilendo un percorso promettente per elevare ulteriormente la potenza e la densità energetica dei sistemi di accumulo di energia di prossima generazione.