Australiska forskare har utvecklat en icke brandfarlig elektrolyt för kalium- och kaliumjonbatterier, för tillämpningar i nästa generations energilagringssystem utöver litiumteknologi. I journalen Angewandte Chemie , forskare skriver att den nya elektrolyten baserad på ett organiskt fosfat gör batterierna säkrare och möjliggör även drift i reducerade koncentrationer, vilket är en nödvändig förutsättning för storskaliga tillämpningar.

Litiumjonteknik dominerar fortfarande energilagringstillämpningar, men det har inneboende nackdelar, bland annat priset, miljöfrågor, och elektrolytens brännbarhet. Därför, inom nästa generations teknik, forskare ersätter litiumjonen med mer rikliga och mycket billigare joner, såsom kaliumjonen. Dock, kalium- och kaliumjonbatterier har också säkerhetsproblem, och icke brandfarliga elektrolyter finns ännu inte tillgängliga för dem.

Materialforskaren Zaiping Guo, och hennes team från University of Wollongong, Australien har hittat en lösning. Forskarna utvecklade en elektrolyt baserad på ett flamskyddande material och anpassade den för användning i kaliumbatterier. Förutom att ge obrännbarhet, den skulle kunna drivas i batterier i koncentrationer som är lämpliga för storskaliga tillämpningar, skriver forskarna.

Denna nya elektrolyt innehöll trietylfosfat som den enda komponenten i lösningsmedlet. Detta ämne är känt som ett flamskyddsmedel. Den har testats i litiumjonbatterier, men endast mycket höga koncentrationer gav tillräcklig stabilitet för långtidsdrift, för hög för industriella tillämpningar. Batteriindustrin kräver utspädda elektrolyter, som är billigare och säkerställer bättre prestanda. Genom att använda kaliumjoner, dock, koncentrationerna kan minskas, rapporterade författarna. De kombinerade fosfatlösningsmedlet med ett allmänt tillgängligt kaliumsalt och erhöll en elektrolyt som inte brann och tillät stabil cykling av de sammansatta batterikoncentrationerna på 0,9 till 2 mol per liter, vilka är koncentrationer som är lämpliga för större skalor; till exempel, i smarta nätapplikationer.

Nyckeln till den prestandan var bildandet av ett enhetligt och stabilt mellanfasskikt av fast elektrolyt, enligt författarna. De observerade detta lager, som säkerställer att elektroderna fungerar, endast med fosfatelektrolyten. Konventionella karbonatbaserade elektrolyter kunde inte bygga upp detta skikt. Författarna rapporterade också hög cykelstabilitet; medan, under samma förutsättningar, den konventionella karbonatbaserade elektrolyten sönderdelas.

Guo och hennes team har visat att nästa generations kaliumjonbatterier kan göras säkra genom att använda en ny oorganisk, fosfatbaserad elektrolyt. De föreslår att elektrolyter baserade på flamskyddsmedel kan utvecklas vidare och kan användas för design av andra icke brandfarliga batterisystem.