Un'importante svolta nella chimica degli elettroliti è stato pubblicato nell'ultimo numero della rivista Science: Per la prima volta, gli scienziati statunitensi hanno usato il gas liquefatto anziché l'elettrolita per consentire a batterie al litio e supercondensatori di funzionare in modo efficiente a -60 ° C e -80 ° C rispettivamente. Questa nuova tecnologia non solo aumenta la gamma di veicoli elettrici a carica singola nei freddi mesi invernali, ma alimenta anche droni, satelliti e sonde interstellari ad alta quota e in ambienti freddi.
È ampiamente riconosciuto nella comunità scientifica che gli elettroliti sono il più grande collo di bottiglia per migliorare le prestazioni dei dispositivi di accumulo di energia. Gli elettroliti liquidi hanno raggiunto i limiti della ricerca e molti scienziati stanno ora focalizzando la loro attenzione su elettroliti solidi. Ma il professor Ying Meng, direttore del Center for Sustainable Power and Energy e il laboratorio di stoccaggio e conversione dell'Università della California, nella divisione Yaga, ha portato una squadra a indagare su elettroliti gassosi e ha fatto una svolta. Questi elettroliti gassosi possono essere liquefatti sotto determinate pressioni e hanno molte meno probabilità di congelare.
Nella nuova ricerca, hanno selezionato due gas liquefatti - fluorometano e difluorometano - da un gran numero di candidati a gas per produrre rispettivamente elettroliti per la batteria LifePO4 e i supercondensatori, estendendo la temperatura di funzionamento minima della batteria del fosfato di ferro da litio da - 20 ° C. A -60 ° C, la temperatura operativa dei supercondensatori è stata estesa da -40 ° C a -80 ° C. Inoltre, questi elettroliti rimangono altamente efficienti quando viene ripristinata la normale temperatura ambiente.
Oltre a stabilire un record per il funzionamento a bassa temperatura, questi elettroliti gassosi offrono un ulteriore vantaggio di sicurezza superando il problema della fuga termica, che è comune nelle batterie al litio. La fuga termica è un circolo vizioso di calore in una batteria. Quando la batteria funziona, la temperatura aumenta e una serie di reazioni chimiche vengono avviate. Il calore generato da queste reazioni a sua volta fa sì che la cellula diventi più calda, la cellula si espande e viene distrutta. Tuttavia, quando l'elettrolita gassoso si trova a una temperatura superiore a temperatura ambiente, avvia un meccanismo di spegnimento naturale per impedire alla cella di perdere la conduttività e impedire che si surriscalda.
L'ultima ricerca supera anche un'altra grande sfida della breve carica e scaricare la vita delle batterie al litio. Il metallo al litio è considerato il materiale dell'elettrodo finale a causa del suo peso leggero e della capacità di archiviare più carica, ma il litio reagisce con elettroliti convenzionali, formando sporgenze individuali sulla superficie dell'elettrodo che separano le celle e causano cortocircuiti, con conseguenti cariche e scariche. Il nuovo elettrolita non forma sporgenze, estendendo notevolmente la durata della batteria senza manutenzione.
I ricercatori affermano che otterranno successivamente l'obiettivo di gestire batterie al litio a temperature più basse (-100 ° C) e forniranno una nuova tecnologia di approvvigionamento energetico per l'esplorazione di Marte e persino le apparecchiature di esplorazione dello spazio profondo come Giove e Saturno.