Baterien garapenaren esparruan, bai mundu industriala bai akademikoa katodorako material aktibo berrien bilaketan edo elektrolitorako matrize berrien garapenean (likidoak edo solidoak izan) oinarritu dira, litiozko gatz berrien garapena eta bilaketa alde batera utziz.
Hori dela eta, eta merkatuan urte asko daramatzan arren, LiPF6 da elektrolito likidoen erreferentziazko gatza, baita LiTFSIa ere, elektrolito polimerikoen kasuan.
Litiozko gatzak bateria baten barruko elektrolitoen osagai nagusietako bat dira. Anioi inorganiko batean eta litiozko katio batean oinarritzen dira, eta hori da sisteman litiozko eroankortasunaren arduraduna.
Gatz horiek ezinbesteko rola dute elektrolitoetan, eroankortasun ionikoaren, egonkortasun elektrokimikoaren eta termikoaren eta sistemaren korrosioaren arduradunak baitira. Horretaz guztiaz gain, bateriaren ziklotasunak lotura handia izan ohi du anodoan eratutako geruza babeslearen kalitatearekin eta egonkortasunarekin, eta horrek, era berean, lotura estua du erabilitako litio-gatzaren anioiaren izaerarekin.
Horregatik guztiagatik, litiozko gatz berriak sortzea oso garrantzitsua da, asko aztertu eta ezagutzen diren gatzak gainditzen dituztenak. Dentsitate energetiko handiko bateriak eta seguruak bilatzea.
Liº anodo berri gisa erabiltzeak, mundu akademikoan santu grial bezala ezagutzen denak, ezaugarri elektrokimiko onuragarriak dituelako, hala nola gaitasun espezifiko handia eta tentsio ahalmen txikia, grafitoan oinarritutako lehen Li-ion baterien dentsitate energetikoa hobetzea eragin du.
Anodo berri horri gehitu zaio tentsio handiko tartekatze-material aktiboen erabilera gero eta ohikoagoa, hala nola nikel, manganeso eta eduki handiko kobalto oxidoak lehenengoan.
Bateriaren bi osagai horiek egokitzeak arreta akademikoa erakarri du hainbat faktoreren ondorioz, hala nola energia-dentsitatea handitzea, merkatuan erraz integratzea eta prozedura sinpletzea, tartekatzeko teknologia baita, bitarteko espezierik gabea.
Hala ere, tentsio handiko baterien kontzeptu berri horrek berezko erronkak ditu, erreaktibitate kimiko handiarekin eta litiozko anodoak dendritak eratzearekin edo elektrolitoaren osagaiek 4-V klaseko katodoekin eta aluminiozko korronte-kolektorearekin (Al0) baino egonkortasun txikiagoa izatearekin lotuta daudenak.
Puntu horretan da erabakigarria litiozko gatz berriak garatzea, elektrolitoaren propietateak optimizatzeko helburuarekin. Elektrolitoan integratutako gatz berri horiek dendritarik gabeko zikloztatzea sustatu behar dute, litiozko anodoan deskonposizioaren bidez geruza babesle bat sortzeko duten erraztasunagatik, eta, era berean, bateriaren gainerako osagaiak tentsio altuak eragin ditzakeen korrosioetatik babestu behar dituzte.
CIC energiGUNEn garatutako proposamen berriak
Hainbat urtez, Michel Armand eta María Martínezen begiradapean, polimeroen taldeak sulfonamidetan oinarritutako litiozko gatzak garatu ditu. 2020an, CIC energiGUNEk litiozko gatz bat eman zuen, CF3 multzorik gabea. Talde horiek elektrolito solidoan oinarritutako sistemen plastifikazioa hobetzen badute ere, egonkortasun handiak litiozko anodoan geruza babesleak sortzea eragozten du, dendritak sortzearen eta haztearen aurrean hura pasibatu eta babesteko.
Urtebete geroago, 2021ean, bentzeno-taldeetan oinarritutako 2 gatz mota desberdin eman ziren, LiTFSI erreferentziako gatzaren solvatazio-propietate onak litio-ioien eroankortasunaren selektibitate handiagoarekin bateratzen zituztenak, erreferentzia baino 3 aldiz handiagoa, eta horrek sistemaren ziklabilitatea hobetzen du dendriten presentzia murriztuz.
2022an azterketa LiDFTFSI gatzean egin zen. Gatz hori LiTFSIn oinarritutako sulfonamida bat da, eta F bat H batez ordezkatu da. Ordezkapen horrek kimikoki ezegonkorragoa den molekula asimetriko bat sortzen du, 2018an litioan geruza babesle bat sortzeko egokia zela frogatu zuena, tentsio baxuko bateria baten (litio sufrean oinarritutako bateria) bizitza erabilgarria % 600 handituz.
Ikerketa berri honetan frogatu zen litiozko gatz horren deskonposizioak anodoan geruza babesle bat sortzeaz gain, bere erreaktibotasuna murrizten duela, bere balio-bizitza handituz, baizik eta geruza babesle hori katodoan ere sortzen dela, tentsio altuaren ondorioz korrosioaren sistema ezabatuz edo babestuz. Hori oso garrantzitsua da; izan ere, erakusten du gatz hori bideragarria dela gaur egun garatzen ari diren tentsio handiko katodoetan erabiltzeko, eta bere balio-bizitza handitzen du korronte-kolektorearen pasibazioaren eta babesaren ondorioz.
Egonkortasun handiko litiozko gatz ez-korrosiboa
Laburbilduz, ondoriozta daiteke lan honen bidez, alde batetik, litiozko gatz bat garatu dela arrakastaz, egonkortasun anodiko altuarekin eta ez korrosiboarekin, horrela sistemaren segurtasuna bermatuz. Bestalde, gatz-egitura berriak dituen elektrolito garatuak bateriaren edukiera-atxikipena eta egonkortasuna hobetzeko gaitasuna duela ikusi da, 200 zikloetara iritsiz. Beraz, lan honek sistemaren etorkizuneko optimizazioen oinarriak ezartzen ditu, era horretako elektrolitoen aplikazio praktikoa errealitate bihurtzeko.
Laburbilduz, energia-eskaeren egungo eta etorkizuneko hazkundea dela eta, nahi den elektrolitoan gatz-egitura berriak sartzea ikuspegi interesgarria izan liteke bateriaren errendimendua hobetzeko. Horregatik, ikerketa-taldeen diziplinarteko lankidetzari esker, CIC energiGUNEk gatz berrien garapena eta horien errendimenduaren azterketa praktikoa eta erreala sustatu nahi ditu.
