Bateria de electrolito solido

Empresas de baterías de estado sólido

La popularización de las baterías comerciales es uno de los aspectos más destacados de la civilización moderna. En las últimas décadas, la sociedad ha sido testigo de la invención de dispositivos de implantes médicos autoalimentados, electrónica inalámbrica, vehículos eléctricos y muchas otras aplicaciones que funcionan con baterías de diferentes formas y tamaños. Las baterías tradicionales que utilizan electrolitos líquidos orgánicos han demostrado las ventajas de una alta conductividad iónica y una excelente humectabilidad con los electrodos (Zhang, 2007; He et al., 2019), pero adolecen de posibles problemas de seguridad, como la alta inflamabilidad, la escasa estabilidad térmica y las fugas de líquido (Strauss et al., 2020; Yin et al., 2020; Yuan y Liu, 2020). Para hacer frente a las deficiencias de seguridad inherentes a las baterías tradicionales y, al mismo tiempo, satisfacer las altas exigencias de rendimiento electroquímico, las baterías que utilizan el electrolito de estado sólido (SSE) han demostrado ser una opción prometedora para ser las mejores alternativas.

La aparición de la técnica de impresión 3D ofreció un método de fabricación único que tiene la viabilidad de construir piezas con alta complejidad y características finas (Chen Z. et al., 2019; Santoliquido et al., 2019). Aunque el uso de la técnica de impresión 3D podría ser una opción alternativa prometedora en la fabricación de SSE, el propósito original para el desarrollo de la impresión 3D no estaba dirigido a producir baterías. Como resultado, existe una enorme brecha entre las capacidades de las técnicas de impresión 3D actuales y los requisitos para la producción de baterías. Esta revisión pretende salvar la brecha analizando las limitaciones existentes en la fabricación de SSE y señalando las necesidades futuras. A través de una visión general de las estrategias de fabricación de SSE tradicionales y novedosas, nos proponemos ofrecer orientación e información sobre los posibles avances en las técnicas de fabricación, tanto para la investigación en el laboratorio como para la producción industrial.

Desventajas de las baterías de estado sólido

1) La batería de estado sólido está formada por una capa compuesta de cátodo, una capa de electrolito sólido de sulfuro y un ánodo de microsilicio sin carbono. 2) Antes de la carga, unas discretas partículas de silicio a microescala conforman el ánodo de alta densidad energética. Durante la carga de la batería, los iones de litio positivos se desplazan del cátodo al ánodo y se forma una interfaz 2D estable. 3) A medida que más iones de litio se mueven hacia el ánodo, reaccionan con el microsilicio para formar partículas interconectadas de aleación de litio y silicio (Li-Si). La reacción continúa propagándose por todo el electrodo. 4) Esta reacción provoca la expansión y densificación de las partículas de microsilicio, formando un electrodo de aleación de Li-Si denso. Las propiedades mecánicas de la aleación de Li-Si y del electrolito sólido desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de la integridad y el contacto a lo largo del plano interfacial 2D. Imagen: Universidad de California en San Diego.Los ingenieros han creado un nuevo tipo de batería que entrelaza dos prometedores subcampos de baterías en una sola batería. Esta batería utiliza un electrolito de estado sólido y un ánodo de silicio, lo que la convierte en una batería de estado sólido de silicio.

Óxido de plomo(iv)

La batería de iones de litio en estado sólido se ha convertido en un importante foco de investigación debido a su mayor seguridad, mayor densidad energética y mayor temperatura de funcionamiento en comparación con la batería comercial de iones de litio con electrolito orgánico líquido.

Uso de ALD para disminuir significativamente la alta impedancia interfacial sólido-sólido entre el electrolito de granate y los materiales del electrodo.                  Artículo:    La negación de la impedancia interfacial en las baterías de Li-metal de estado sólido basadas en el granate

Utilización del electrospinning para fabricar un novedoso separador no tejido «inteligente» para suprimir eficazmente la combustión de los electrolitos altamente inflamables.Artículo:    Separador de microfibras con núcleo electrospun con propiedades retardantes de la llama activadas térmicamente para baterías de iones de litio

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Electrolitos de polímero

Las pilas con un electrolito sólido prometen altas densidades de energía. Así, las baterías de los coches eléctricos podrían ser más pequeñas y ligeras, y la autonomía podría aumentar. Pero cuándo es una pregunta abierta que aquí tratamos de responder.

Un vistazo a la letra pequeña de Toyota también lo demuestra. El anuncio de varias cooperaciones ha motivado la declaración de Terashi. Entre otras cosas, Toyota tiene previsto crear una empresa conjunta para el desarrollo de baterías de estado sólido «para finales de 2020» con su socio de siempre, Panasonic, que fabrica las baterías de níquel-hidruro metálico para los coches híbridos de la compañía. Esta cuidadosa formulación muestra por sí sola lo lejos que se está de la producción en serie. Sin embargo, la industria y los investigadores están de acuerdo: las oportunidades son grandes y el potencial del estado sólido es extraordinario.

Un criterio vital de evaluación de las pilas es la densidad energética. Hay que diferenciar entre la unidad gravimétrica vatios-hora por kilogramo (Wh/kg) y la unidad volumétrica vatios-hora por litro (Wh/l). Las células típicas tienen 250 Wh/kg y más de 600 Wh/l. Ambos parámetros son esenciales: el peso, porque refleja la peor desventaja de las baterías, es decir, el uso extremo de materiales. Según BMW, un buen 60% de la energía eléctrica se recupera durante la deceleración, pero esto también significa que se pierde más de un tercio. El lastre de un coche eléctrico es, por tanto, menos importante que el de un vehículo convencional, pero tampoco es indiferente desde el punto de vista energético. La densidad energética volumétrica, en cambio, es relevante, ya que la tendencia a aumentar la capacidad amplía el espacio necesario para la instalación. Como en el caso del kit de electrificación modular (MEB) de Volkswagen, este espacio se encuentra mejor entre los ejes, pero es naturalmente limitado.

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