La Divisione TIMAS ha una consolidata esperienza, riconosciuta a livello internazionale, su materiali innovativi denominati liquidi ionici (sali fusi alla temperatura ambiente), che sono stati proposti come solventi alternativi sicuri (non volatili e non infiammabili) a quelli organici standard. In particolare, vengono sviluppati liquidi ionici prevalentemente come componenti elettrolitici per sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia, soprattutto batterie al litio e al sodio, al fine di incrementare il livello di sicurezza e l’affidabilità di tali dispositivi. Inoltre, i liquidi ionici presentano, a motivo delle loro peculiarità, numerose applicazioni, oltre a quella in dispositivi elettrochimici: solventi in processi di sintesi/estrazione/purificazione, fluidi per scambiatori di calore, lubrificanti.

Oltre 60 differenti liquidi ionici sono stati sintetizzati e purificati mediante un processo sostenibile a basso impatto ambientale, opportunamente sviluppato ed ottimizzato in ENEA, che impiega acqua come unico solvente di processo e consente di ottenere elevati tenori di purezza. E’ stata inoltre dimostrata la possibilità di poter riciclare i materiali utilizzati ed incrementare la resa del processo di sintesi sino al 100%. In particolare, è stata dimostrata la possibilità di recuperare completamente la frazione di liquido ionico dispersa durante le fasi del processo e di riciclare i materiali assorbenti (carbone attivo e allumina) utilizzati nel processo di purificazione, minimizzando la produzione di scarti. Questo aspetto, combinato con la fattibilità di impiegare solventi acquosi, è di interesse in prospettiva di una produzione massiva di liquidi ionici (auspicabile in un prossimo futuro) mediante processi economici e a basso impatto ambientale.

La qualità dei liquidi ionici è controllata mediante misure di titolazione “coulombmetrica”, fluorescenza a raggi X e spettrofotometria UV-Vis. Le proprietà chimico-fisiche e elettrochimiche sono investigate a prescindere dalla loro applicazione, al fine di ottenere informazioni sulla loro struttura, aggregazione, interazioni ioniche e comportamento in generale. Ciò consente di selezionare i liquidi ionici più adatti (comunque opportunamente progettati) per una determinata applicazione. Un’adeguata combinazione di differenti liquidi ionici permette di ottenere miscele con caratteristiche spesso superiori rispetto i singoli materiali (a seguito di un notevole effetto sinergico). Un tipico esempio è costituito da liquidi ionici, solidi alle basse temperature (£ -20 °C), che tuttavia possono formare miscele liquide (a parità di temperatura) con valori conducibilità oltre quattro ordini grandezza superiori (rispetto i singoli liquidi ionici).   

Il gruppo possiede un notevole e consolidato background nel campo dell’elettrochimica e, in particolare, sulle batterie al litio (sia per la parte elettrolitica che elettrodica). Inoltre, si avvale di numerose collaborazioni nazionali ed internazionali (all’interno di progetti nazionali e europei).

I risultati ottenuti su sintesi, proprietà chimico-fisiche e applicazioni in batteria dei liquidi ionici, hanno portato ad una produzione scientifica di 94 articoli in prestigiose riviste internazionali, 104 lavori presentati a congressi scientifici internazionali (incluse “invited lectures”) e alla realizzazione di 7 capitoli di libro, ponendo il laboratorio all’avanguardia in tale campo.