Aurrekariak

1800. urtean, A. Volta fisikari italiarrak pila voltaikoa eraiki zuen, eta horrek bateria praktikoen hasiera ireki zuen eta lehen aldiz deskribatu zuen elektrolitoaren garrantzia energia elektrokimikoa biltegiratzeko gailuetan. Elektrolitoa elektronikoki isolatzaile eta ioi-eroaleko geruza gisa ikus daiteke likido edo solido moduan, elektrodo negatibo eta positiboen artean sartuta. Gaur egun, elektrolitorik aurreratuena litio gatz solidoa (adibidez, LiPF6) karbonato organiko disolbatzaile ez-urtsuan (adib. EC eta DMC) disolbatuz egiten da. Zelula forma eta diseinu orokorraren arabera, elektrolitoak normalean zelulen pisuaren % 8tik % 15era hartzen du. Zer's gehiago, bere sukoitasuna eta funtzionamendu tenperatura optimoa -10°C 60 arte°C-k asko oztopatzen du bateriaren energia-dentsitatea eta segurtasuna hobetzea. Hori dela eta, elektrolito formulazio berritzaileak hurrengo belaunaldiko bateria berrien garapenerako funtsezko eragiletzat jotzen dira.

Ikertzaileak elektrolito sistema desberdinak garatzeko ere lanean ari dira. Esaterako, litio metalikoaren ziklo eraginkorra lor dezaketen disolbatzaile fluoratuen erabilera, ibilgailuen industriarako onuragarriak diren elektrolito solido organikoak edo ez-organikoak eta "egoera solidoko bateriak" (SSB). Arrazoi nagusia da elektrolito solidoak jatorrizko elektrolito likidoa eta diafragma ordezkatzen baditu, bateriaren segurtasuna, energia-dentsitate bakarra eta bizitza nabarmen hobetu daitezkeela. Jarraian, batez ere, material ezberdinekin elektrolito solidoen ikerketaren aurrerapena laburbiltzen dugu.

Elektrolito solido ez-organikoak

Elektrolito solido ez-organikoak energia elektrokimikoko biltegiratze gailu komertzialetan erabili izan dira, hala nola, tenperatura altuko bateria kargagarri batzuetan Na-S, Na-NiCl2 bateria eta Li-I2 bateria primarioetan. 2019an, Hitachi Zosenek (Japonia) 140 mAh-ko egoera solidoko poltsako bateria bat erakutsi zuen espazioan erabiltzeko eta Nazioarteko Espazio Estazioan (ISS) probatzeko. Bateria hau sulfuro elektrolito batek eta ezagutarazi gabeko beste bateriaren osagaiez osatuta dago, -40 bitartean funtzionatzeko gai da°C eta 100°C. 2021ean konpainiak 1.000 mAh-ko ahalmen handiagoko bateria solido bat aurkeztuko du. Hitachi Zosen-ek bateria solidoen beharra ikusten du ingurune gogorretan, hala nola espazio eta ekipamendu industrialak ingurune tipikoetan funtzionatzen dutenak. Konpainiak 2025erako bateriaren edukiera bikoiztu nahi du. Baina orain arte, ez dago ibilgailu elektrikoetan erabil daitekeen egoera solidoko bateria produkturik.

Elektrolito semisolido eta solido organikoak

Elektrolito solido organikoen kategorian, Frantziako Bolloré-k arrakastaz merkaturatu ditu gel motako PVDF-HFP elektrolito bat eta gel motako PEO elektrolito bat. Ipar Amerikan, Europan eta Asian ere autoa partekatzeko programa pilotuak jarri ditu martxan konpainiak bateriaren teknologia hori ibilgailu elektrikoetan aplikatzeko, baina polimerozko bateria hori ez da inoiz oso zabaldua izan bidaiarien autoetan. Haien adopzio komertzial eskasean eragiten duen faktore bat tenperatura nahiko altuetan soilik erabil daitezkeela da (50°C 80 arte°C) eta tentsio baxuko tarteak. Gaur egun, bateria hauek ibilgailu komertzialetan erabiltzen ari dira, hiriko autobus batzuetan adibidez. Ez dago giro-tenperaturan polimero solido puruko bateriarekin lan egiteko kasurik (hau da, 25 inguru°C).

Erdisolidoen kategorian elektrolito likatsuak sartzen dira, hala nola gatz-disolbatzaile nahasketak, 1 mol/L estandarra baino gatz-kontzentrazioa handiagoa duen disoluzio elektrolitoa, 4 mol/L-ko kontzentrazio edo saturazio puntuekin. Elektrolito-nahaste kontzentratuen kezka bat fluor-gatzen eduki nahiko altua da, eta horrek elektrolito horien litio-edukiari eta ingurumen-inpaktuari buruzko zalantzak sortzen ditu. Hau da, produktu heldu baten merkaturatzeak bizi-zikloaren azterketa integrala eskatzen duelako. Eta prestatutako elektrolito erdi-solidoen lehengaiak ere sinpleak eta eskuragarriak izan behar dira ibilgailu elektrikoetan errazago integratzeko.

Elektrolito hibridoak

Elektrolito hibridoak, elektrolito mistoak izenez ere ezagunak, alda daitezke elektrolito hibrido urtsu/organiko disolbatzaileetan oinarrituta edo elektrolito solido bati elektrolito likido ez-urtsu bat gehituz, elektrolito solidoen fabrikazio eta eskalagarritasuna eta pilatzeko teknologiaren eskakizunak kontuan hartuta. Hala ere, horrelako elektrolito hibridoak ikerketa fasean daude oraindik eta ez dago adibide komertzialik.

Elektrolitoen garapen komertzialerako gogoetak

Elektrolito solidoen abantailarik handiena segurtasun handia eta ziklo-bizitza luzea dira, baina ondoko puntuak kontutan hartu behar dira elektrolito likido edo solido alternatiboak ebaluatzerakoan:

• Elektrolito solidoaren fabrikazio-prozesua eta sistemaren diseinua. Laborategiko neurgailuen bateriak normalean ehunka mikrometroko lodiera duten elektrolito partikula solidoez osatuta daude, elektrodoen alde batean estalita. Zelula solido txiki hauek ez dira zelula handiek (10 eta 100 Ah bitartekoak) behar duten errendimenduaren adierazgarriak, 10 ~ 100 Ah-ko ahalmena egungo potentziako baterien behar den gutxieneko zehaztapena baita.
• Elektrolito solidoak ere diafragmaren papera ordezkatzen du. Bere pisua eta lodiera PP/PE diafragma baino mush handiagoak direnez, egokitu egin behar da pisu dentsitatea lortzeko.≥350Wh/kgeta energia-dentsitatea≥900Wh/L bere komertzializazioa eragozteko.

Bateria segurtasun arriskua da beti neurri batean. Elektrolito solidoak, likidoak baino seguruagoak diren arren, ez dira zertan sukoak ez direnak. Zenbait polimero eta elektrolito ez-organikoek oxigenoarekin edo urarekin erreakzionatu dezakete, beroa eta gas toxikoak sortuz, sute eta leherketa arriskua ere sortzen dutenak. Zelula bakarrez gain, plastikoek, kaxa eta pakete-materialek kontrolatu gabeko errekuntza eragin dezakete. Beraz, azken finean, sistema-mailako segurtasun-proba holistikoa behar da.