Batterie al litio più sicure e affidabili grazie al liquido ionico brevettato da ENEA
L’ENEA ha recentemente depositato un brevetto che riguarda un sale (denominato liquido ionico) che, anche al di sotto della temperatura ambiente, si presenta allo stato liquido. I liquidi ionici sono fluidi (costituti solamente da specie ioniche) non volatili, non infiammabili e presentano interessanti proprietà (potere solvente, stabilità chimica/elettrochimica/termica, conduzione ionica, elevato calore specifico, idrofobicità/idrofilicità). Pertanto, i liquidi ionici sono proposti come solventi alternativi, affidabili e sicuri, al posto dei solventi organici convenzionali per molteplici applicazioni: processi di sintesi, separazione, purificazione ed estrazione; fluidi per scambiatori di calore, lubrificanti, salvaguardia beni culturali, e dispositivi elettrochimici, tra cui le batterie al litio.
Allo stato dell’arte attuale, le batterie al litio occupano un posto di primo piano tra i sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia: sono attualmente impiegate nella quasi totalità dei dispositivi elettronici e portatili, stanno rendendo possibile la larga diffusione della trazione ibrida e elettrica, e sono tra i sistemi più promettenti per l’accumulo di energia elettrica da fonti rinnovabili. Tuttavia, una delle maggiori problematiche delle batterie al litio è la loro sicurezza poiché impiegano elettroliti a base di solventi organici i quali sono per loro natura intrinsecamente infiammabili, volatili e, conseguentemente, potenzialmente dannosi per l’utilizzatore. Nei dispositivi elettrochimici, i liquidi ionici andrebbero a sostituire i solventi organici che compongono la soluzione elettrolitica al fine di realizzare sistemi sicuri e affidabili.
In particolare l’oggetto di questo brevetto è un liquido ionico, costituito da un catione tetra-alchil-fosfonio e da un anione perfluoro-alchil-sulfonil-immide, proposto come solvente e/o additivo elettrolitico per dispositivi elettrochimici e, in particolare, batterie al litio. Il liquido ionico brevettato è in grado di combinare una stabilità termica (> 250 °C) ed elettrochimica (> 5 V) mai riscontrate nei liquidi ionici commerciali. Pertanto, permetterebbe alle batterie di poter operare a tensioni operative superiori rispetto gli accumulatori commerciali, consentendo di incrementare il contenuto di energia del dispositivo, in condizioni di sicurezza e affidabilità anche ad elevate temperature.
Il liquido ionico brevettato, rispetto alla maggior parte dei liquidi ionici commerciali, può essere preparato mediante procedure di sintesi che impiegano acqua come unico solvente di processo. Inoltre, può essere impiegato insieme a solventi organici tradizionali (al fine di incrementare la conduzione ionica senza ridurre la sicurezza e affidabilità del dispositivo) e materiali polimerici (per realizzare elettroliti allo stato solido).
Il liquido ionico potrebbe essere appetibile sul mercato per realizzare dispositivi elettrochimici destinati ad applicazioni che richiedono valori di tensione e temperatura non permessi ai sistemi attualmente disponibili in commercio (ad es. una batteria al litio commerciale non può operare costantemente oltre 50 °C). Inoltre, l’elevata stabilità termica lo renderebbe adatto come fluido per scambio termico e lubrificante.