Litiozko ioi-bateria konbentzionalek arrisku nabarmenak dituzte, elektrolito likidoaren izaera sukoia dela eta. Gainera, litiozko ioien bateriak energia-dentsitatearen muga praktikotik gertu daude, karbono-elektrodo negatiboaren mugak direla eta. Beraz, elektrolitoaren hobekuntzek kontzeptu osoaren aldaketaren ikuspegia jarraitu behar dute, elektrolito likidoaren kimikaren ingeniaritzara mugatu beharrean.

Li-ioneko elektrolitoei buruzko ikerketa egin berri da segurtasun gutxiko soluzio likido organikoak baztertzeko eta elektrolito geldoagoetara igarotzeko; idealki, disolbatzailerik gabeko Li+eko elektrolito eroaleak. Elektrolito polimeriko solidoak berez dira seguruak, eta nabarmen murrizten dute sute zabalak izateko arriskua, litio ioien baterien egungo elektrolito likidoekin alderatuta.

Gainera, elektrolito polimeriko solidoek karbonoan oinarritutako egungo elektrodo negatiboak ezabatzea ahalbidetuko dute, Li metal eta anodeless elektrodo negatiboetara igaroz. Horri esker, baterien dentsitate energetikoa handituko da, ibilgailu elektrikoen autonomia 800 km ingurura arte handituko duten balioetaraino, eta barne-errekuntzako egungo motorren parekotasuna lortuko da.

Hainbat kimika polimeriko daude, baterietan elektrolito polimeriko solido gisa aplikatzeko egokiak. Kimika polimeriko bakoitzak hainbat abantaila eskaintzen ditu, gure blogeko aurreko sarreran aipatu genuen bezala. Hala ere, bereziki zaila da elektrolito polimeriko bat garatzea, litio metalikoaren eta aldi berean tentsio handiko elektrodo positiboen material aktiboen aurrean egonkortasun elektrokimikoa eskaintzen duen gap energetiko nahikoa handi batekin.

Horregatik, CIC energiGUNEk estrategia adimenduna eta sinplea garatu du, bateria beraren barruan polimeroen geruzak eta propietate desberdinak konbinatzen dituena. Geruza horiek bateriaren sekzio bakoitzean eskatzen diren propietateetara egokitu daitezke. Fokuratze horri geruza bikoitzeko elektrolito polimerikoa (DLPE) esaten zaio.

Azken 4 urteetako gure ikerketa geruza bikoitzeko elektrolito polimerikoen teknologia honen garapenean zentratu da, non bateria beraren barruan bi elektrolito polimeriko ezberdin erabiltzen diren: bata katodoaren aldean (katolitoa) eta bestea bereizgailu gisa (elektrolitoa). Bateriaren sekzio bakoitzak polimeroaren propietate elektrokimiko eta mekaniko desberdinak behar ditu; beraz, sekzio bakoitzean erabilitako polimeroak desberdinak izan daitezke. Alde batetik, katolitoak eroankortasun ioniko handia behar du, egonkortasuna oxidazio potentzialen aurrean (>4 V Li/Li+en aurrean) eta lotura-propietate bikainak material aktiboko partikula guztiak itsatsita mantentzeko. Bestalde, elektrolitoak eroankortasun ioniko handia, egonkortasun kimikoa eta elektrokimikoa behar ditu litio metalikoko elektrodo negatiboen eta dendritak ez sartzeko behar diren propietate mekanikoen aurrean. Horrela, DLPE ikuspegiak saihestu egiten du elektrolitoaren edo katolitoaren nahi gabeko degradazioa, testuan aipatutako energia-arrail txikiaren ondorioz gelaxka osoan elektrolito polimeriko bakarra erabiltzen denean gertatzen dena. Gainera, beste propietate batzuk, hala nola egonkortasun mekanikoa, lotura-propietateak eta eroankortasun ionikoa, bateriaren aplikazio bakoitzaren beharren arabera egokitu daitezke.

Geruza bikoitzeko elektrolito polimerikoaren estrategiaren eragozpen nagusia geruza polimerikoen artean Li gatzak zabaltzea da. Horri aurre egiteko, CIC energiGUNEk estrategia bat garatu du bateriaren geruza polimerikoen artean Li gatzak modu espontaneoan ez hedatzeko. Horren ondorioz, patente-eskaera bat aurkeztu da Saft bezalako bateriak fabrikatzen dituzten enpresekin lankidetzan. Teknologia patentatu hau Liren gatzaren anioien aldaketa bat da, Liren atomoen mugimendu askea eraginkortasunez eragozten duena eta gelaxkari bolumenaren pisu esanguratsurik gehitzen ez diona, energia grabimetriko eta bolumetrikoaren dentsitate altuak mantenduz.

Lehen aipatutako garapenean, Poli (etileno oxidoa) (PEO) eta Poli (propileno karbonatoa) (PPC) elektrolito eta katolito gisa erabiltzen dira, hurrenez hurren. Polimero hauek substantzia kimiko ezberdinez osatuta daude: PEOa etileno oxidozko unitateek (EO) osatzen dute, eroankortasun ioniko eta egonkortasun handia eskaintzen dutenak potentzial erreduktoreen aurrean (litio metalikoarekin); hala ere, degradazioa jasaten du oxidazio potentzialen pean dagoenean (>4 V vs Li/Li+). PPCa propileno karbonatoaren (PC) unitateek osatzen dute, eroankortasun ionikoa eskaintzen dute, eta oso egonkorrak dira oxidazio potentzialekiko (>4 V vs Li/Li+); hala ere, unitate horiek gelaxkako litio metalikoaren aldean dauden erreduktibo potentzialen pean degradatzen dira. Beraz, polimero bakoitzak pilaren atal bakoitzerako baldintza guztiak betetzen ditu (elektrolitoa eta katolitoa).

Geruza bikoitzeko elektrolito polimerikoaren fokuratzea aplikatuta, elektrolito polimeriko horiek hainbat kimikorekin konbinatuz gero, litio metalikoa eta tentsio handiko elektrodo positiboen material aktiboak aldi berean jasan daitezke.

Konparatiboki, elektrolito polimeriko bakar batez (hau da, PEO) osatutako gelaxka elektrokimiko batek elektrodo positiboaren degradazioa eta bateriaren bizitza laburra erakusten ditu. Geruza bikoitzeko elektrolito polimerikoaren estrategiaren bidez garatutako gelaxka elektrokimikoak gainditu egiten du azken belaunaldiko gelaxka hori, eta egonkortasun handiagoa, edukieraren atxikipena eta zikloaren iraupena eskaintzen ditu.

Gaur egun, CIC energiGUNEk elektrolito polimeriko eta Liko gatz berriak garatzen ditu, bi elektrodoekiko bateragarritasuna hobetzeko. Gelaxkak geruza bikoitzeko elektrolito polimerikoen fokuratzearen bidez integratzeak aukera ematen du gailu elektrokimiko berean errendimendu onena duten elektrolitoak erabiltzeko eta elektrolito polimerikoetan oinarritutako egoera solidoko litio metalikoko etorkizuneko baterien egonkortasun elektrokimiko potentzialaren leihoa hobetzeko.