Il presidente del Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seok-Jin Yoon, ha annunciato che un gruppo di ricerca collaborativo guidato dal Dr. Minah Lee dell’Energy Storage Research Center, dal professor Dong-Hwa Seo del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ), e Dott. Yong-Jin Kim e Jayeon Baek del Korea Institute of Industrial Technology (KITECH) hanno sviluppato un elettrolita non infiammabile che non prende fuoco a temperatura ambiente adattando la struttura molecolare del carbonato organico lineare per prevenire il fuoco e la fuga termica nelle batterie agli ioni di litio .
Credito: Korea Institute of Science and Technology
Credito: Korea Institute of Science and Technology
Con l’aumento dell’uso di batterie agli ioni di litio su media e larga scala nei veicoli elettrici e nei sistemi di accumulo di energia (ESS), aumentano le preoccupazioni per incendi ed esplosioni. Gli incendi nelle batterie si verificano quando le batterie sono in cortocircuito a causa di impatti esterni, abuso o invecchiamento e il fenomeno della fuga termica accompagnato da una serie di reazioni esotermiche rende difficile l’estinzione dell’incendio e presenta un alto rischio di lesioni personali. In particolare, il carbonato organico lineare utilizzato negli elettroliti commerciali per le batterie agli ioni di litio ha un basso punto di infiammabilità e si infiamma facilmente anche a temperatura ambiente, causa diretta di ignizione.
Fino ad ora, per ridurre l’infiammabilità dell’elettrolita, è stata ampiamente adottata la fluorurazione intensiva nelle molecole di solvente o sali altamente concentrati. Di conseguenza, il trasporto di ioni di litio nell’elettrolita era ridotto o questi erano incompatibili con gli elettrodi commerciali, limitandone la commercializzazione.
(A sinistra) Elettrolita di una batteria commerciale agli ioni di litio (DEC) e un nuovo elettrolita (BMEC) sviluppato da un gruppo di ricerca congiunto di KIST, KITECH e KAIST (a destra).
Applicando simultaneamente l’estensione della catena alchilica e la sostituzione alcossilica alla molecola di dietil carbonato (DEC), un tipico carbonato organico lineare utilizzato negli elettroliti commerciali delle batterie agli ioni di litio, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo elettrolita, il bis(2-metossietil) carbonato (BMEC), con punto di infiammabilità migliorato e conduttività ionica aumentando le interazioni intermolecolari e la capacità di solvatazione. La soluzione BMEC ha un punto di infiammabilità di 121°C, che è 90°C superiore a quello della soluzione DEC convenzionale, e quindi non è infiammabile nell’intervallo di temperatura per il funzionamento a batteria convenzionale. BMEC può dissociare il sale di litio più forte della sua semplice controparte alchilata, il dibutil carbonato (DBC), risolvendo il problema del trasporto di ioni di litio più lento quando si riduce l’infiammabilità aumentando l’interazione intermolecolare. Di conseguenza, conserva oltre il 92% della capacità di velocità originale dell’elettrolita convenzionale riducendo significativamente i rischi di incendio.
Inoltre, il nuovo elettrolita ha alleviato il 37% dello sviluppo di gas combustibile e il 62% della generazione di calore rispetto a quelli dell’elettrolita convenzionale. Il team di ricerca ha dimostrato il funzionamento stabile delle batterie agli ioni di litio da 1 Ah per 500 cicli combinando il nuovo elettrolita con un catodo ad alto contenuto di nichel e un anodo di grafite. Hanno anche condotto un test di penetrazione del chiodo su una batteria agli ioni di litio da 4 Ah carica al 70% e hanno confermato la fuga termica soppressa.
Il Dr. Minah Lee del KIST ha dichiarato: “I risultati di questa ricerca forniscono una nuova direzione per la progettazione di elettroliti non infiammabili, che è stata inevitabilmente sacrificata la proprietà elettrochimica o la fattibilità economica”. “L’elettrolita non infiammabile sviluppato ha una competitività di costo e un’eccellente compatibilità con i materiali degli elettrodi ad alta densità di energia, quindi dovrebbe essere applicato all’infrastruttura di produzione di batterie convenzionali. In definitiva, accelererà l’emergere di batterie ad alte prestazioni con un’eccellente stabilità termica”.
Il Dr. Jayeon Baek di KITECH ha dichiarato: “La soluzione BMEC sviluppata in questa ricerca può essere sintetizzata mediante transesterificazione utilizzando catalizzatori a basso costo e facilmente scalabile. In futuro, svilupperemo il metodo di sintesi utilizzando il gas C1 (CO o CO2) per migliorarne ulteriormente l’ecocompatibilità”.
KIST è stato fondato nel 1966 come primo istituto di ricerca finanziato dal governo in Corea. KIST ora si impegna a risolvere le sfide nazionali e sociali e a garantire i motori di crescita attraverso una ricerca all’avanguardia e innovativa. Per ulteriori informazioni, visitare il sito Web di KIST all’indirizzo https://eng.kist.re.kr/
Questa ricerca è stata supportata dal National Research Council of Science & Technology e dal Mid-Career Research Program della National Research Foundation of Korea sovvenzione da parte del Ministero della Scienza e delle TIC del governo coreano (Ministro Jong-Ho Lee). Il risultato della ricerca è stato pubblicato sull’ultimo numero di Energy & Environmental Science (IF 32.5, JCR top 0.4%), una rivista internazionale nel campo dell’energia e delle scienze ambientali.
Comunicato stampa tramite Newswise
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