Quando se trata do molho especial de baterias, pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia descobriram que tudo gira em torno da concentração de sal. Ao obter a quantidade certa de sal, bem onde eles querem, eles demonstraram que uma pequena bateria de metal de lítio pode recarregar cerca de sete vezes mais do que baterias com eletrólitos convencionais.

A solução eletrolítica de uma bateria transporta átomos carregados entre os eletrodos para gerar eletricidade. Encontrar uma solução de eletrólito que não corroa os eletrodos em uma bateria de metal de lítio é um desafio, mas a abordagem PNNL, publicado online em Materiais avançados , cria com sucesso uma camada protetora ao redor dos eletrodos e atinge ciclos de carga / descarga significativamente maiores.

Eletrólitos convencionais usados ​​em baterias de íon-lítio, que alimentam eletrônicos domésticos, como computadores e telefones celulares, não são adequados para baterias de metal de lítio. Baterias de metal de lítio que substituem um eletrodo de grafite por um eletrodo de lítio são o 'Santo Graal' dos sistemas de armazenamento de energia porque o lítio tem uma maior capacidade de armazenamento e, Portanto, uma bateria de metal de lítio tem o dobro ou o triplo da capacidade de armazenamento. Essa energia extra permite que os veículos elétricos dirijam mais de duas vezes mais entre as cargas.

Adicionar mais sal à base de lítio à mistura de eletrólitos líquidos cria uma interface mais estável entre o eletrólito e os eletrodos que, por sua vez, afeta a vida da bateria. Mas essa alta concentração de sal tem desvantagens distintas - incluindo o alto custo do sal de lítio. A alta concentração também aumenta a viscosidade e diminui a condutividade dos íons através do eletrólito.

“Estávamos tentando preservar a vantagem da alta concentração de sal, mas compensar as desvantagens, "disse Ji-Guang" Jason "Zhang, pesquisador sênior de baterias no PNNL. "Ao combinar um solvente à base de flúor para diluir o eletrólito de alta concentração, nossa equipe conseguiu reduzir significativamente a concentração total de sal de lítio e, ao mesmo tempo, manter seus benefícios. "

Nesse processo, eles foram capazes de localizar as altas concentrações de sal à base de lítio em "aglomerados" que ainda são capazes de formar barreiras de proteção no eletrodo e prevenir o crescimento de dendritos - microscópicos, fibras semelhantes a pinos - que causam curto-circuito nas baterias recarregáveis ​​e limitam sua vida útil.

O eletrólito de patente pendente da PNNL foi testado no Advanced Battery Facility da PNNL em uma célula de bateria experimental semelhante em tamanho a uma bateria de relógio. Ele foi capaz de reter 80% de sua carga inicial após 700 ciclos de descarga e recarga. Uma bateria que usa um eletrólito padrão só pode manter sua carga por cerca de 100 ciclos.

Os pesquisadores irão testar este eletrólito de alta concentração localizado em baterias 'bolsa' desenvolvidas no laboratório, que têm o tamanho e a potência de uma bateria de telefone celular, para ver como funciona nessa escala. Eles dizem que o conceito de usar este novo diluente à base de flúor para manipular a concentração de sal também funciona bem para baterias de sódio-metal e outras baterias de metal.

Esta pesquisa faz parte do Consórcio Battery500 liderado pela PNNL que visa desenvolver menores, mais leve, e baterias mais baratas que quase triplicam a energia específica encontrada nas baterias que alimentam os carros elétricos de hoje. A energia específica mede a quantidade de energia armazenada em uma bateria com base em seu peso.