Azken urteotan, Li-S prototipo-gelaxkak 350-400 Wh/kg-ra iritsi dira, baina horien balio-bizitza da oraindik ere muga nagusia, ez baitira 100 karga/deskarga ziklo baino gehiagora iristen. Eskala handian aplikatzeko beharrezkoak diren baldintzak betetzeko, nahitaezkoa da gelaxken egonkortasuna hobetzea eta, horrela, haien bizitza erabilgarria handitzea.

Ildo horretan, LISA proiektua 20 Ah-ko pouch motako Li-S gelaxkak garatzeko helburuarekin sortu zen, energia grabimetriko handia (450 Wh/kg) eta energia bolumetrikoaren dentsitatea (700 Wh/L), bai eta segurtasuna eta egonkortasuna gutxienez 1.000 ziklotan garatzeko helburuarekin ere. Gainera, helburua 3 Ah 21700 motako gelaxka zilindrikoen prototipoak fabrikatzea da, pouch motako gelaxka handienen antzeko prestazioak dituzten gelaxka-formatu txikiagoen eskaria betetzeko.

Asmo handiko helburu horiek lortzeko, diziplina anitzeko partzuergo sendo bat sortu zen, CIC energiGUNE barne hartzen duena, Europako 6 herrialdetako 13 bazkiderekin, hala nola Fraunhofer IWS, Varta Microbattery, Renault edo VDL, eta Espainiako LEITAT erakundea proiektuaren koordinatzaile gisa.

Li-S bateriaren alderdi garrantzitsu guztiak estaltzen dituzten 12 lan-pakete (WP) diseinatu ziren. Proiektuaren zeregin nagusiak dira litiozko metalezko anodoaren egonkortasuna ziurtatzea, gaitasun handiko katodoak garatzea eta errendimendu handiko elektrolito hibridoak ezartzeko estrategia berriak diseinatzea.

CIC energiGUNEren papera LISAn

Testuinguru horretan, CIC energiGUNEk funtsezko zeregina betetzen du, eta material dielektriko bat egoera solidoko elektrolito gisa garatzera bideratutako lan-paketearen buru da errendimendu handiko Li-S gelaxketarako, LISAn proposatutako gelaxkaren kontzeptuaren funtsezko osagaia baita.

Lan-paketearen helburua litio-ioien eroale den egoera solidoan dagoen geruza mehe bat Li-S azken gelaxketan integratzea da, behar den elektrolito likidoaren kantitatea murriztuz eta sistemaren dentsitate energetikoa areagotuz. Gainera, film honek litio metaleko anodoan dendriten hazkuntzaren aurkako babes geruza bezala ere joka dezake, Li-S baterien bizitza erabilgarri luzea lortzeko teknologia honen erronka garrantzitsuenetako bat dena.

Arkema bazkide frantsesarekin batera, zeinak elektrolito solidoa fabrikatzeko abiapuntuko materialak garatu baitzituen, eta CIC energiGUNEren prototipatze-linearen eta gela lehorrean eskuragarri dauden instalazioen laguntzari esker (zehazki, comma bar roll-to-roll ekipoa, substratu desberdinak eskala handian estaltzeko), elektrolitoaren geruza fineko 100 m baino gehiago fabrikatu ahal izan genituen (elektromuntaketa-geruza finean erabiliko da). Izan ere, elektrolitoaren geruza mehea eskala handian fabrikatzea da proiektuan lortutako aurrerapen garrantzitsuenetako bat.

1. irudia. (A) proiektu honetan erabilitako comma bar estaltzeko makinaren irudia. (B) Film finaren estalduraren irudiak probako substratu baten gainean.

Gainera, CIC energiGUNEk litiozko anodoa garatzen ere laguntzen du. Kasu honetan, litiozko film finak lortzea da helburu nagusia, Li-S final gelaxketan prestazio handiko anodo gisa erabiltzeko. Horrela, gelaxka bakoitzeko litio kantitatea optimizatzea lortzen da eta, beraz, azken dentsitate energetikoan eragitea. Atazak ez dira litioa uztean bakarrik oinarritzen, egoera solidoko babes-geruzak integratzean ere bai.

Lan-pakete horretako berrikuntzarik garrantzitsuena geruza babesle horiek eskala handian fabrikatzeari lotuta dago, geruza meheak uzteko punta-puntako teknika baten bidez, hala nola Láser Pulsado delakoaren bidezko deposizioa (PLD, ingelesezko siglengatik), LISAko bazkide finlandiarrak, Pulsedeonek, egina.

Lan-fluxuan, CIC energiGUNE arduratzen da prestatutako geruza finen karakterizazio estruktural eta elektrokimikoaz, teknika hauek erabiliz: x izpien difrakzioaren analisia (XRD), x izpien fotoelektroien espektroskopia (XPS), ekortzeko mikroskopio elektronikoa (SEM) edo Impedantzia Elektrokimikoaren espektroskopia (EIS). Puntako instalazioak eta CIC energiGUNEk azaleren eta film finen karakterizazioan duen esperientzia funtsezkoak dira lan-paketearen helburuak lortzeko.

2. irudia. Some of the key characterization equipment used at CIC energiGUNE for LISA project: (a) SEM, (b) XPS, (c) XRD.

Elektrolito gisa garatutako litio ioien eroale geruza mehea eta geruza mehe egonkor horiek babestutako litiozko anodoak, Fraunhofer IWS bazkide alemaniarrak proiektuaren barruan paraleloan garatutako sufre karga handiko katodo batekin konbinatuta, azkenean Li-S azken gelaxkan fusionatuko dira, segurtasun handia, energia dentsitate handia eta bizitza erabilgarri luzea ematen dituen gailu batean.

Horrela, Li-Sko gelaxkak energia-euskarri gisa integratu ahal izango lirateke hainbat gailutan, hala nola droneetan, kamioietan eta hegazkin elektrikoetan, sateliteetan eta energia biltegiratzeko instalazio egonkorretan, etab. Are gehiago, VDLk, LISAko bazkide nagusietako batek, garatutako gelaxkak autobus elektrikoetan integratzeko helburua du. Horri esker, Li-S baterien kuota handitu ahal izango litzateke merkatuan.

Azkenik, baina ez horregatik garrantzi gutxiagokoa, proiektuaren aurrerapenek etorkizunean errendimendu handiko Li-S gelaxkak egoera solidoan lortzeko bidea erraztuko dute.

Egileak