Viquipèdia

Bateria d'estat sòlid

bateria amb electròlit sòlid

Una bateria d'estat sòlid desplega la tecnologia d'estat sòlid mitjançant elèctrodes sòlids i un electròlit sòlid, en lloc dels electròlits líquids o de gel de polímer que es troben a les bateries d'ió de liti o de polímer de liti.[1]

Bateria d'estat sòlid que mostra l'electròlit d'estat sòlid.

Tot i que els electròlits sòlids es van descobrir per primera vegada al segle XIX, diversos inconvenients han impedit una aplicació generalitzada. Els desenvolupaments de finals del segle XX i principis del XXI han provocat un renovat interès per les tecnologies de bateries d'estat sòlid, especialment en el context dels vehicles elèctrics, a partir dels anys 2010.

Les bateries de tecnologia d'estat sòlid poden proporcionar solucions potencials per a molts problemes de les bateries d'ió de liti líquid, com ara la inflamabilitat, la tensió limitada, la formació d'interfàses d'electròlits sòlids inestable, el rendiment i la resistència del cicle deficient.[2]Els materials proposats per utilitzar-los com a electròlits sòlids en bateries d'estat sòlid inclouen ceràmiques (per exemple, òxids, sulfurs, fosfats) i polímers sòlids. Les bateries d'estat sòlid han trobat ús en marcapassos, RFID i dispositius portàtils. La tecnologia d'estat sòlid utilitzada en aquestes bateries és potencialment més segura, amb densitats d'energia més altes, però a un cost molt més elevat. Els reptes per a l'adopció generalitzada inclouen la densitat d'energia i potència, la durabilitat, els costos dels materials, la sensibilitat i l'estabilitat.[3]

Entre 1831 i 1834, Michael Faraday va descobrir els electròlits sòlids, el sulfur de plata i el fluorur de plom (II), que van establir les bases per als iònics en estat sòlid.[4][5]

Materials modifica

Els materials candidats als electròlits d'estat sòlid (SSE) inclouen ceràmiques com l'ortosilicat de liti, vidre,[6] sulfurs [7] i RbAg4I5.[8][9] Els electròlits sòlids d'òxid principals inclouen Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)₃ (LAGP), Li1,4 Al0,4 Ti1,6(PO4)₃ (LATP), Li3x La2/3-xTiO₃ (LLTO) de tipus perovskita ), i tipus granat Li6,4 La₃ Z1,4 Ta0,6 O12 (LLZO) amb Li metàl·lic.[10] L'estabilitat tèrmica versus Li dels quatre SSE estava en ordre de LAGP < LATP < LLTO < LLZO. S'han proposat conductors superiònics de clorur com un altre electròlit sòlid prometedor. Són sulfurs conductors iònics i deformables, però al mateix temps no estan afectats per la mala estabilitat a l'oxidació dels sulfurs. A part d'això, el seu cost es considera més baix que els SSE d'òxid i sulfur.[11] Els actuals sistemes d'electròlits sòlids de clorur es poden dividir en dos tipus: Li₃MCl6 [12][13] i Li₂M2/3Cl4.[14] Els elements M inclouen Y, Tb-Lu, Sc i In. Els càtodes estan basats en liti. Les variants inclouen LiCoO₂, LiNi1/3Co1/3 Mn1/3O₂, LiMn₂O4 i LiNi0,8Co0,15Al0,05O₂. Els ànodes varien més i es veuen afectats pel tipus d'electròlit. Els exemples inclouen In, Si, GexSi1− x, SnO–B₂O₃, SnS –P₂S5, Li₂FeS₂, FeS, NiP₂ i Li₂SiS₃.[15]

Usos modifica

Les bateries d'estat sòlid són potencialment útils en marcapassos, RFID, dispositius portàtils i vehicles elèctrics.[16][17]

Referències modifica

  1. ↑ Reisch, Marc S. C&EN Global Enterprise, 95, 46, 20-11-2017, pàg. 19–21. DOI: 10.1021/cen-09546-bus.
  2. ↑ Ping, Weiwei; Yang, Chunpeng; Bao, Yinhua; Wang, Chengwei; Xie, Hua Energy Storage Materials, 21, setembre 2019, pàg. 246–252. DOI: 10.1016/j.ensm.2019.06.024.
  3. ↑ Weppner, Werner International Journal of Ionics, 9, 5–6, setembre 2003, pàg. 444–464. DOI: 10.1007/BF02376599. «Solid state ionic devices such as high performance batteries...»
  4. ↑ Science and Technology of Advanced Materials, 14, 4, agost 2013, pàg. 043502. Bibcode: 2013STAdM..14d3502F. DOI: 10.1088/1468-6996/14/4/043502. PMC: 5090311. PMID: 27877585.
  5. ↑ Lee, Sehee. «Solid State Cell Chemistries and Designs». ARPA-E, 2012. [Consulta: 7 gener 2018].
  6. ↑ «Lithium-Ion Battery Inventor Introduces New Technology for Fast-Charging, Noncombustible Batteries» (en anglès). University of Texas at Austin, 28-02-2017. [Consulta: 7 gener 2018].
  7. ↑ Chandler, David L. «Toward all-solid lithium batteries» (en anglès). Massachusetts Institute of Technology, 02-02-2017.
  8. ↑ Wang, Yuchen; Akin, Mert; Qiao, Xiaoyao; Yan, Zhiwei; Zhou, Xiangyang International Journal of Energy Research, 45, 11, setembre 2021, pàg. 16794–16805. DOI: 10.1002/er.6928 [Consulta: lliure].
  9. ↑ Akin, Mert; Wang, Yuchen; Qiao, Xiaoyao; Yan, Zhiwei; Zhou, Xiangyang Electrochimica Acta, 355, setembre 2020, pàg. 136779. DOI: 10.1016/j.electacta.2020.136779.
  10. ↑ Chen, Rusong; Nolan, Adelaide M.; Lu, Jiaze; Wang, Junyang; Yu, Xiqian Joule, 4, 4, abril 2020, pàg. 812–821. DOI: 10.1016/j.joule.2020.03.012 [Consulta: lliure].
  11. ↑ Wang, Kai; Ren, Qingyong; Gu, Zhenqi; Duan, Chaomin; Wang, Jinzhu Nature Communications, 12, 1, desembre 2021, pàg. 4410. Bibcode: 2021NatCo..12.4410W. DOI: 10.1038/s41467-021-24697-2. PMC: 8292426. PMID: 34285207.
  12. ↑ Li, Xiaona; Liang, Jianwen; Luo, Jing; Norouzi Banis, Mohammad; Wang, Changhong Energy & Environmental Science, 12, 9, 2019, pàg. 2665–2671. DOI: 10.1039/C9EE02311A.
  13. ↑ Schlem, Roman; Muy, Sokseiha; Prinz, Nils; Banik, Ananya; Shao‐Horn, Yang Advanced Energy Materials, 10, 6, febrer 2020, pàg. 1903719. DOI: 10.1002/aenm.201903719 [Consulta: lliure].
  14. ↑ Zhou, Laidong; Kwok, Chun Yuen; Shyamsunder, Abhinandan; Zhang, Qiang; Wu, Xiaohan Energy & Environmental Science, 13, 7, 2020, pàg. 2056–2063. DOI: 10.1039/D0EE01017K.
  15. ↑ Takada, Kazunori Acta Materialia, 61, 3, febrer 2013, pàg. 759–770. Bibcode: 2013AcMat..61..759T. DOI: 10.1016/j.actamat.2012.10.034.
  16. ↑ «The battery technology that could put an end to battery fires». Android Authority, 24-10-2016 [Consulta: 7 gener 2018].
  17. ↑ «Will solid-state batteries power us all?». The Economist, 16-10-2017.
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Bateria_d%27estat_sòlid&oldid=33430540»