Vés al contingut

Bateria d'estat sòlid

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Bateria d'estat sòlid que mostra l'electròlit d'estat 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]

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»