La nuova tecnologia degli elettroliti della CUHK risolve i problemi di sicurezza delle batterie agli ioni di litio

Dalle batterie ricaricabili nei dispositivi elettronici portatili alle fonti di alimentazione per biciclette elettriche e veicoli a nuova energia, gli incidenti di sicurezza causati da incendi e combustioni di batterie agli ioni di litio sono diventati sempre più al centro dell'attenzione globale. Secondo un rapporto della CNN del 22, una nuova tecnologia sviluppata da un team di ricerca della Chinese University of Hong Kong (CUHK) può ridurre significativamente il rischio di esplosioni e incendi delle batterie agli ioni di litio, e si prevede che questa tecnologia sarà applicata commercialmente entro i prossimi 3-5 anni.

Il rapporto sottolinea che le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente utilizzate in vari dispositivi che vanno dagli smartphone ai veicoli a nuova energia. I ricercatori hanno dichiarato che le batterie agli ioni di litio hanno una buona sicurezza in scenari di utilizzo normali, ma un uso improprio può portare a rischi di incendio e persino a conseguenze fatali in casi estremi. La ragione è che l'elettrolita riempito all'interno delle batterie agli ioni di litio è infiammabile. Quando sottoposte a forature fisiche, sovraccarico, condizioni estreme di temperatura e umidità, o difetti nel processo di produzione, le batterie perderanno gradualmente stabilità. Una volta che si verifica un'anomalia, la temperatura della batteria aumenterà rapidamente e accenderà l'elettrolita, innescando così una pericolosa reazione a catena nota come "fuoriuscita termica". I dati statistici pertinenti mostrano che solo nel 2024 sono stati registrati 89 incidenti anomali di fumi, incendi o alte temperature legati alle batterie nel settore del trasporto aereo civile globale; nella vita quotidiana, gli incidenti di incendio delle batterie di biciclette elettriche, scooter elettrici e altri dispositivi non sono nemmeno rari.

Per affrontare questo punto critico di sicurezza, la comunità scientifica globale ha attivamente condotto ricerche tecnologiche, come lo sviluppo di elettroliti solidi o in gel resistenti ad alte temperature per sostituire gli elettroliti liquidi tradizionali. Tuttavia, tali soluzioni richiedono modifiche su larga scala alle linee di produzione delle batterie esistenti, il che aumenta significativamente la soglia di industrializzazione e limita la velocità di diffusione della tecnologia. Al contrario, il nuovo schema di ottimizzazione delle batterie agli ioni di litio proposto dal team della CUHK richiede solo di sostituire i componenti chimici nell'elettrolita esistente senza alterare i collegamenti fondamentali del processo di produzione.

I ricercatori del team hanno spiegato che la causa principale degli incendi delle batterie agli ioni di litio è la decomposizione dell'elettrolita sotto alta pressione, che rilascia una grande quantità di calore e innesca una reazione a catena. L'elettrolita recentemente sviluppato adotta un sistema di solventi binari, che può bloccare con precisione questo pericoloso processo di reazione. In condizioni di temperatura normale, il primo solvente può mantenere la compattezza della struttura chimica interna della batteria, garantendo il normale output di prestazioni della batteria; quando la temperatura della batteria aumenta in modo anomalo, il secondo solvente attiverà rapidamente il meccanismo di protezione, prevenendo i rischi di incendio alla fonte allentando la struttura chimica e rallentando le reazioni legate al runaway termico.

CNN ha citato dati di test di laboratorio che mostrano che dopo che la batteria agli ioni di litio che adotta questa nuova tecnologia è stata forata da un chiodo, la temperatura è aumentata solo di 3,5 gradi Celsius; al contrario, la temperatura delle batterie agli ioni di litio tradizionali è salita a 555 gradi Celsius nelle stesse condizioni di test. I ricercatori hanno sottolineato che questo schema tecnico non avrà un impatto negativo sulle prestazioni principali e sulla vita utile della batteria. I test hanno dimostrato che dopo 1000 cicli di carica-scarica, la capacità della batteria può ancora mantenere oltre l'80% del valore iniziale, soddisfacendo pienamente i requisiti di applicazione commerciale.

Vale la pena notare che poiché questa tecnologia comporta solo la sostituzione dei componenti dell'elettrolita senza la necessità di modificare le linee di produzione esistenti, essa ha le condizioni di base per una rapida industrializzazione. Si stima che dopo la produzione su larga scala, il costo delle batterie agli ioni di litio che adottano questa tecnologia sarà sostanzialmente lo stesso di quello dei prodotti mainstream attuali. Attualmente, la tecnologia pertinente è entrata nella fase di avanzamento della commercializzazione. Donald Finnegan, un ricercatore senior presso il Laboratorio Nazionale per le Energie Rinnovabili degli Stati Uniti, ha commentato: "Questa svolta tecnologica è entusiasmante, il che significa che le future batterie agli ioni di litio saranno in grado di resistere a condizioni di lavoro estreme come alte temperature e cortocircuiti, evitando fondamentalmente i rischi di incendio."