Egoera solidoan dauden elektrolito polimerikoak hautagai onak dira energia biltegiratzeko gailuetan elektrolito likido konbentzionalak ordezkatzeko. Polimeroek abantaila handiak dituzte, hala nola prozesatze erraza, kostu txikia, propietate elektrokimiko onak eta, gainera, elektrolito likidoetan dauden segurtasun-arazoak ezabatzen dituzte. Hala ere, elektrolito polimerikoek eroankortasun ioniko askoz baxuagoak dituzte giro-tenperaturan dituzten homologo likidoek baino.

Elektrolito-mota horren garapena oztopatu egin da propietate mekaniko onen eta eroankortasun ioniko handiaren arteko harreman ona bilatzeagatik. Azken urteotan, hainbat egitura polimeriko diseinatu dira, bi propietateak aldi berean hobetzeko. Hala ere, oro har, trantsizio-tenperatura baxuko eta kristalinotasun baxuko (garraio ionikoa bizkortzeko funtsezko propietateak) elektrolito polimerikoek, egoera solido amorfoan, nekez osa ditzakete propietate mekaniko onak dituzten mintzak.

Egoera solidoan ikertutako polimero guztien artean, polietileno oxidoa (PEO) da dedikazio handiena jaso duena. Hala ere, elektrolito-mota horiek hainbat eragozpen dituzte. Alde batetik, egonkortasun anodiko txikia du (< 4.0 V vs. Li0/Li+). Bestalde, polimero erdi-kristalino bat da, non garraio ionikoa nagusiki amorfa fasean gertatzen den, eta horrek eroankortasun ioniko baxua dakar fusio-puntutik beherako tenperaturetan (Tm, gutxi gorabehera. 65 oC). Hori dela eta, PEOn oinarritutako egoera solidoan dauden bateriek tenperatura altuetan jarduten dute (70).

Eragozpen horiek gainditzeko, azken urteetan CIC energiGUNEk beirazko trantsizioko tenperatura baxuak, propietate mekaniko onak eta egonkortasun handiagoa dituzten matrize polimeriko ez-kristalinoak diseinatu eta sintesitzen lan egin du Liren anodoaren aurrean dendritak sortzea saihesteko.

Maila molekularreko aldaketa horien artean, honako estrategia hauek azpimarra daitezke: adar-maila handia duten orrazi motako egitura polimerikoen diseinua, sare polimerikoaren erretikulazioa eta blokeko edo ausazko polimerizazioa.

1. estrategia: Matrize polimeriko berria

Hasiera batean, matrize polimeriko mota berri bat garatu zen, Jeffamine ® -ren alboko kateekin imita eraztunetan oinarritutako orrazi motako egitura zuena. Alboko kate horiek etileno oxidoaren (EO) eta propileno oxidoaren (PO) unitateek osatzen dituzte. Frogatu zen EO eta PO unitateen arteko erlazioa faktore erabakigarria dela kristalinotasun baxuaren eta eroankortasun ioniko altuaren arteko erlazio ona lortzeko orduan, baita giro-tenperaturan ere.

Bestalde, pisu molekularrak propietate mekanikoetan duen eragina aztertu zen, eta pisu molekularra zenbat eta handiagoa izan, orduan eta kate-maila handiagoa lortu zen.

Elektrolito horien propietate elektrokimiko bikainak izan arren, aldaketa gehigarri batzuk egitea erabaki zen matrize polimerikoaren propietate mekanikoak hobetzeko, elektrolitoaren eta elektrodoen arteko kontaktua hobetzeko.

2. estrategia: Bloke-kopolimeroen familia berria

Testuinguru horretan, arestian aipatutako polimeroan oinarritutako bloke-kopolimeroen familia berri bat sintetizatu zen, poliestirenoan oinarritutako blokeekin batera. Polimero berri horiek propietate mekanikoen hobekuntza handia erakutsi zuten eroankortasun ionikoaren murrizketa oso txikiarekin. Gainera, poliestirenozko blokea sartzeak elektrolitoaren egonkortasun elektrokimikoa hobetzeko gai izan zen litioaren aurrean.

3. estrategia: Propietate fisikoak aldatzea

Beste aukera bat, matrize polimerikoa kimikoki aldatu beharrean, polimeroaren propietate fisikoetan aldaketak egitea izan zen. Jeffamine ® -ren polimeroetan kate-mardula kentzeak matrize polimeriko fluido bat sortu zuen, kateen malgutasun handiagoa zuena eta, ondorioz, trantsizio-tenperatura baxuagoak eta konduktibitate ioniko altuagoak zituena. Gainera, material berri honek aurkeztutako propietate itsasgarri onek litiozko elektrodoaren eta elektrolitoaren arteko kontaktu hobea ahalbidetu zuten, dendriten eraketa atzeratuz.

4. estrategia: Babes-geruza

Frogatu zen litiozko elektrodoaren aurrean egonkortasuna nabarmen hobetu zitekeela geruza babesle hori eta Li0 gelaxka erabiliz. LFPk, elektrolito gisa PEO erabiliz, gaitasun espezifiko ona, egonkortasun ona eta eraginkortasun koulombiko handia erakutsi zuen, karga- eta deskarga-abiadura desberdinetan.

5. estrategia: PVDF zuntzen gaineko biltegia

Azkenik, elektrolitoari irmotasuna emateko asmoz, matrize polimeriko fluido berri hau poli-zuntzen (binilideno fluoruroa) (PVDF) gainean utzi zen. Elektrolito indartu horiek propietate mekaniko onak zituzten mintzak lortzea ahalbidetu zuten, eta eroankortasun ioniko handia izan zuten giro-tenperaturan. Gainera, litiozko elektrodoaren aurreko egonkortasunean ez zuen eraginik izan zuntz horiek sartzeak, eta horrek Li0 gelaxken errendimendu ona ekarri zuen. LFP, baita giro-tenperaturan ere.

Gaur egun, CIC energiGUNEk lanean jarraitzen du metalezko litiozko egoera solidoan dauden bateriak garatzeko esparruan komunitate zientifikoarentzat irtenbide fidagarriak diren matrize polimeriko berriak diseinatu eta garatzeko, bai segurtasunari dagokionez, bai ingurumenarekiko errespetuari dagokionez. Bereziki, eroankortasun ionikoa eta propietate mekaniko ondo orekatuak dituzten elektrolitoak hautagai bikainak dira bateria mota horien eskaria asetzeko.