Australische wetenschappers hebben een onbrandbare elektrolyt ontwikkeld voor kalium- en kaliumionbatterijen. voor toepassingen in energieopslagsystemen van de volgende generatie die verder gaan dan lithiumtechnologie. In het journaal Angewandte Chemie , wetenschappers schrijven dat de nieuwe elektrolyt op basis van een organisch fosfaat de batterijen veiliger maakt en ook in lagere concentraties kan werken, wat een noodzakelijke voorwaarde is voor grootschalige toepassingen.

Lithium-iontechnologie domineert nog steeds toepassingen voor energieopslag, maar het heeft intrinsieke nadelen, waaronder de prijs, milieu problemen, en de ontvlambaarheid van het elektrolyt. Daarom, in technologieën van de volgende generatie, wetenschappers vervangen de lithiumionen door meer overvloedige en veel goedkopere ionen, zoals het kaliumion. Echter, kalium- en kaliumionbatterijen hebben ook te maken met veiligheidsproblemen, en onbrandbare elektrolyten zijn er nog niet voor beschikbaar.

Materiaalwetenschapper Zaiping Guo, en haar team van de Universiteit van Wollongong, Australië heeft een oplossing gevonden. De onderzoekers ontwikkelden een elektrolyt op basis van een vlamvertragend materiaal en pasten dat aan voor gebruik in kaliumbatterijen. Naast het verstrekken van niet-ontvlambaarheid, het zou in batterijen kunnen worden gebruikt in concentraties die geschikt zijn voor grootschalige toepassingen, schrijven de wetenschappers.

Deze nieuwe elektrolyt bevatte triethylfosfaat als de enige component van het oplosmiddel. Deze stof staat bekend als een vlamvertrager. Het is getest in lithium-ionbatterijen, maar alleen zeer hoge concentraties boden voldoende stabiliteit voor langdurig gebruik, te hoog voor industriële toepassingen. De batterij-industrie eist verdunde elektrolyten, die goedkoper zijn en zorgen voor betere prestaties. Door kaliumionen te gebruiken, echter, de concentraties kunnen worden verlaagd, meldden de auteurs. Ze combineerden het fosfaatoplosmiddel met een algemeen verkrijgbaar kaliumzout en verkregen een elektrolyt dat niet brandde en een stabiele cyclus van de geassembleerde batterijconcentraties van 0,9 tot 2 mol per liter mogelijk maakte, welke concentraties geschikt zijn voor grotere schalen; bijvoorbeeld, in smart grid-toepassingen.

De sleutel tot die prestatie was de vorming van een uniforme en stabiele interfaselaag tussen vaste en elektrolyten, volgens de auteurs. Ze observeerden deze laag, die de werking van de elektroden verzekert, alleen met de fosfaatelektrolyt. Conventionele elektrolyten op basis van carbonaat waren niet in staat om deze laag op te bouwen. De auteurs rapporteerden ook een hoge fietsstabiliteit; terwijl, onder dezelfde voorwaarden, de conventionele op carbonaat gebaseerde elektrolyt ontleed.

Guo en haar team hebben aangetoond dat kalium-ionbatterijen van de volgende generatie veilig kunnen worden gemaakt door een nieuw anorganisch, elektrolyt op fosfaatbasis. Ze suggereren dat elektrolyten op basis van vlamvertragers verder kunnen worden ontwikkeld en kunnen worden gebruikt voor het ontwerp van andere onbrandbare batterijsystemen.