Il presente rapporto descrive la caratterizzazione chimico-fisica di miscele elettrolitiche miste da utilizzare in celle complete litio-ione per applicazioni alle reti elettriche nell’ambito dell’Accordo di Programma ENEA-MSE. Le suddette miscele sono costituite da un sale di litio (LiTFSI), solventi organici convenzionali (EC e DEC) ed un liquido ionico (PYR13TFSI). La presenza del liquido ionico (sintetizzato seguendo una procedura sviluppata in ENEA e selezionato per le sue proprietà chimico-fisiche) ha lo scopo di diminuire fortemente la volatilità e l’infiammabilità della soluzione elettrolitica evitando, però, di deprimerne la conduzione ionica e la stabilità elettrochimica. L’obiettivo è quello di realizzare celle litio-ione ad elevata energia e dotate, al contempo, di elevata sicurezza. Gli elettroliti misti sono stati investigati in termini di analisi termica, conducibilità ionica, viscosità e densità in funzione sia della temperatura che della composizione molare all’interno di una camera secca ad atmosfera controllata avente un tenore di umidità inferiore a 10 ppm. Inoltre test di infiammabilità sono stati eseguiti al fine di ottenere informazioni, sia pur qualitative, sul comportamento degli elettroliti all’ignizione. Sono state inizialmente caratterizzate miscele binarie (x)LiTFSI-(1-x)PYR13TFSI), ove x e (1-x) rappresentano la frazione in moli del sale di litio e del liquido ionico, rispettivamente. La frazione ottimale di LiTFSI è risultata essere pari a 0.1. Successivamente, sono state investigate miscele quaternarie aventi composizione molare (0.1)LiTFSI- (0.9-x)PYR13TFSI-(x)EC/DEC. Il rapporto molare LiTFSI / (PYR13TFSI + EC/DEC) è stato fissato pari a 0.1/0.9 mentre il rapporto in peso EC:DEC è pari a 1:1. La frazione ottimale di EC/DEC è risultata essere pari a 0.3 che garantisce una conducibilità nettamente più elevata rispetto la miscela (0.1)LiTFSI - (0.9)PYR13TFSI) ma, al contempo, non rende infiammabile l’elettrolita risultante. Infine, miscele elettrolitiche aventi composizione molare (x)LiTFSI-(y)PYR13TFSI-(1-x-y)EC/DEC (ove il rapporto molare y/(1-x-y) è stato fissato pari a 0.6/0.3) sono state investigate al fine di definire il contenuto ottimale di sale di litio. Tuttavia la frazione ottimale di LiTFSI è risultata essere ancora pari a 0.1. Pertanto, la soluzione elettrolitica mista selezionata per le celle complete litio-ione è risultata essere (0.1)LiTFSI-(0.6)PYR13TFSI-(0.3)EC/DEC. I risultati ottenuti sono riferiti al periodo di attività ottobre 2011–settembre 2012.

Realizzazione e prova di celle complete da laboratorio. Caratterizzazione chimico-fisica di miscele elettrolitiche miste

Appetecchi, G.B.;Lo Presti, R.;Alessandrini, F.;Carewska, M.;Moreno, M.;Montanino, M.
2012-09

Abstract

Il presente rapporto descrive la caratterizzazione chimico-fisica di miscele elettrolitiche miste da utilizzare in celle complete litio-ione per applicazioni alle reti elettriche nell’ambito dell’Accordo di Programma ENEA-MSE. Le suddette miscele sono costituite da un sale di litio (LiTFSI), solventi organici convenzionali (EC e DEC) ed un liquido ionico (PYR13TFSI). La presenza del liquido ionico (sintetizzato seguendo una procedura sviluppata in ENEA e selezionato per le sue proprietà chimico-fisiche) ha lo scopo di diminuire fortemente la volatilità e l’infiammabilità della soluzione elettrolitica evitando, però, di deprimerne la conduzione ionica e la stabilità elettrochimica. L’obiettivo è quello di realizzare celle litio-ione ad elevata energia e dotate, al contempo, di elevata sicurezza. Gli elettroliti misti sono stati investigati in termini di analisi termica, conducibilità ionica, viscosità e densità in funzione sia della temperatura che della composizione molare all’interno di una camera secca ad atmosfera controllata avente un tenore di umidità inferiore a 10 ppm. Inoltre test di infiammabilità sono stati eseguiti al fine di ottenere informazioni, sia pur qualitative, sul comportamento degli elettroliti all’ignizione. Sono state inizialmente caratterizzate miscele binarie (x)LiTFSI-(1-x)PYR13TFSI), ove x e (1-x) rappresentano la frazione in moli del sale di litio e del liquido ionico, rispettivamente. La frazione ottimale di LiTFSI è risultata essere pari a 0.1. Successivamente, sono state investigate miscele quaternarie aventi composizione molare (0.1)LiTFSI- (0.9-x)PYR13TFSI-(x)EC/DEC. Il rapporto molare LiTFSI / (PYR13TFSI + EC/DEC) è stato fissato pari a 0.1/0.9 mentre il rapporto in peso EC:DEC è pari a 1:1. La frazione ottimale di EC/DEC è risultata essere pari a 0.3 che garantisce una conducibilità nettamente più elevata rispetto la miscela (0.1)LiTFSI - (0.9)PYR13TFSI) ma, al contempo, non rende infiammabile l’elettrolita risultante. Infine, miscele elettrolitiche aventi composizione molare (x)LiTFSI-(y)PYR13TFSI-(1-x-y)EC/DEC (ove il rapporto molare y/(1-x-y) è stato fissato pari a 0.6/0.3) sono state investigate al fine di definire il contenuto ottimale di sale di litio. Tuttavia la frazione ottimale di LiTFSI è risultata essere ancora pari a 0.1. Pertanto, la soluzione elettrolitica mista selezionata per le celle complete litio-ione è risultata essere (0.1)LiTFSI-(0.6)PYR13TFSI-(0.3)EC/DEC. I risultati ottenuti sono riferiti al periodo di attività ottobre 2011–settembre 2012.
Accumulo di energia elettrica
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