Egoera solidoko bateriak: noiz bihurtuko dira "ordezkoak" "oinarri nagusiak"?

Egoera solidoko bateriakhurrengo belaunaldiko energia-iturri gisa sortzen ari dira, baina litekeena da bateria solido-likido hibridoak merkaturatzea lehenik eta gaur egungo litio-ioi-ioi likidoko zelulen eta etorkizuneko egoera solidoko sistemen arteko zubi erabakigarri gisa funtzionatzea.

Zer diren egoera solidoko bateriak

Egoera solidoko bateriek elektrolito likido sukoiak material solidoekin ordezkatzen dituzte, energia-dentsitate handiagoa eta segurtasun-errendimendu hobea ahalbidetzen duten bitartean. Haien katodoek energia handiko materialak erabil ditzakete, hala nola, litioan aberatsak diren manganesoan oinarritutako konposatuak, eta anodoak nanosilizioa eta grafitoa konbina ditzake, berriz, energia dentsitatea 300-450 Wh/kg aldera bultzatzeko.

Elektrolito solido batek litio ioiak eramaten ditu isurketa-arriskurik gabe eta nabarmen murrizten du ihesaren probabilitate termikoa.

Ahalmen handiagoko anodoek eta tentsio handiko katodoek egoera solidoko bateriei ibilgailu elektrikoetan gidatzeko autonomia handiagoa izateko eta drone edo energia biltegiratzeko sistemetan erresistentzia hobetzeko aukera ematen diete.

Solido-likido hibridoa trantsizio gisa

Artikuluak litiozko bateria likidoak, solido-likido hibridoak eta egoera solido osokoak bereizten ditu, diseinu hibridoak ezinbesteko trantsizio etapa direla azpimarratuz. Merkatuan dauden bateria erdi-solidoak, ia-solidoak eta "solidoak" kategoria hibrido honetan sartzen dira neurri handi batean, elektrolito likidoaren eta solidoaren arteko proportzioan bakarrik bereizten direlarik.

Solido-likidoen bateria hibridoek elektrolito likido batzuk dituzte oraindik, eta horrek material aktiboekin kontaktua hobetzen du eta fabrikazioa errazten du.

Egoera solido osoko pilek elektrolito solidoa baino ez dute, berezko segurtasun hobea eta energia-dentsitate teoriko handiagoa eskaintzen dutenak, baina gaur egun ingeniaritza-erronka larriagoei aurre egiten diete.

Egoera solido osorako oztopo teknikoak

Mundu osoko enpresa eta ikerketa institutu askok egoera solidoko teknologian inbertitzen ari diren arren, egoera solidoko potentzia handiko zelularik ez du oraindik litio-ioizko bateria likidoekin parekatu errendimenduan eta kostuan. Oinarrizko zailtasuna solido-solido interfazean dago, non elektrolito-material zurrunek zaila egiten baitute elektrodoekin kontaktu intimoa mantentzea txirrindularitzan eta bolumen-aldaketetan.

Gaur egungo bideen artean polimero, film mehe, sulfuro eta oxidozko egoera solidoko bateriak daude, bakoitzak abantaila eta muga desberdinak dituena.

Esaterako, polimero-egoera solidoko zelulak giro-tenperaturan eta tentsio handiko katodoekin borrokatzen dira, sulfuro-sistemak airearekiko sentikorrak diren bitartean eta fabrikazio-baldintza zorrotzak behar dituzte.

In situ solidotze estrategia

Interfaze-arazoak gainditzeko, dauden litio-ioi-azpiegiturak aprobetxatuz, ikertzaileek solido-likido hibridoen elektrolitoentzako in situ solidotze-ikuspegia proposatzen dute. Zelula muntatzean, aitzindari likido batek hezetzea eta kontaktu ona bermatzen du; geroago, erreakzio kimiko edo elektrokimikoek likido hori guztia edo zati bat zelula barruan elektrolito solido bihurtzen dute.

Metodo honek elektrodo-elektrolitoaren kontaktua hobetzen du, litio-dendriten hazkundea kentzen du eta segurtasuna, tentsio altua eta karga azkarreko errendimendua orekatzen ditu.

Gainera, egungo litio-ioi likidoaren ekoizpen-prozesuaren zati handi bat berrerabil dezake, fabrikatzaileei azkarrago eskalatzen eta kostuak murrizten lagunduz.

Etorkizuneko garapen norabideak

Adituek espero dute egoera solido osoko litiozko bateriek bost urte gehiago beharko dituztela eskala handiko benetako merkaturatzea baino lehen, beraz, solido-likidoaren potentzia hibridoek epe hurbileko bide errealista izaten jarraitzen dute. Industrializazioa bizkortzeko, artikuluak materialetan, zelulen diseinuan, fabrikazioan eta estandarretan aurrerapen koordinatuaren beharra nabarmentzen du.

Lehentasunak honako hauek dira: eroankortasun, egonkortasun eta prozesagarritasun ioniko orekatuko elektrolito solidoak garatzea; energia handiko elektrodoak parekatzea, hala nola nikel handiko katodoak eta silizio-karbonoa edo litio metalezko anodoak; eta simulazio digitala fabrikazio adimendunarekin integratzea.

Industria animatzen da funtsezko materialetarako hornikuntza-kate sendoak eraikitzea, ekipamendu automatizatuetan inbertitzea, probak eta ebaluazio-sistemak hobetzea eta solido-likido hibridotik pixkanaka eboluzionatzea. litio-ioizko bateriakguztiz solido-egoera litio metalezko baterien aldera.