2023-08-02Electrolitos de estado sólido
Aimplas |Las baterías comerciales actuales de iones de litio utilizan electrolitos orgánicos líquidos. Los inconvenientes obvios e inevitables de los electrolitos líquidos son las inestabilidades electroquímicas y los riesgos potenciales, además de la baja selectividad de iones. En comparación con los electrolitos líquidos, los electrolitos sólidos tienen una mayor seguridad y estabilidad térmica. 1,2Tipos de electrolitos sólidos
Por ello, los electrolitos sólidos han atraído cada vez más atención en las últimas décadas y han sido considerados como un avance importante para garantizar sistemas de baterías de litio seguros y duraderos.1 Se pueden diferenciar dos tipos de electrolitos sólidos principalmente:
- Electrolitos sólidos inorgánicos. Poseen una conductividad iónica relativamente alta, alta estabilidad térmica, alta resistencia mecánica y no inflamabilidad. Se pueden dividir en: óxidos, sulfuros y otros. 3,4
- Electrolitos sólidos poliméricos. En comparación con los electrolitos sólidos inorgánicos, los sólidos poliméricos muestran ventajas prometedoras como un proceso de fabricación más simple, una mayor flexibilidad, una mayor estabilidad química y una compatibilidad satisfactoria con los electrodos.3
Electrolitos sólidos vs. electrolitos líquidos
Para la aplicación en dispositivos de almacenamiento de energía, los electrolitos sólidos muestran varias ventajas en comparación con los electrolitos líquidos. Sus propiedades principales son:3
- Buenas propiedades mecánicas, pueden resistir la presión externa y la perforación y alta estabilidad térmica.
- Capaces de flexionarse y plegarse debido a su alta flexibilidad.
- Los componentes rígidos en los dispositivos pueden ser reemplazados por materiales elásticos.
- Autorreparación. Pueden tener la capacidad de autorreparar las interfaces agrietadas.
Últimos avances en baterías de litio
El rápido desarrollo de los electrolitos de polímeros sólidos (PSE) impulsa el avance de baterías de litio de alto rendimiento para aplicaciones prácticas. Algunos de los avances recientes incluyen:5
- Baterías de litio (LIB). La adopción de las PSE para reemplazar los electrolitos líquidos actuales ofrecería la mejora de sus propiedades mecánicas, su seguridad, su vida útil y el aumento de la densidad de energía.
- Baterías de litio-azufre (LSB). Consideradas como uno de los candidatos más prometedores para los sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación debido a su alta densidad de energía y al uso del azufre abundante, barato y ecológico.
- Baterías de litio flexible. Con el avance de la electrónica flexible y portátil, las baterías flexibles como fuente de energía son esenciales para esta tecnología emergente.
- Supercondensadores flexibles. Los electrolitos líquidos son reemplazados por electrolitos sólidos o semisólidos.6
En cuanto a los desafíos que suponen estos materiales poliméricos en el sector del almacenamiento, la investigación sobre las estructuras químicas básicas de las matrices de polímeros de un solo componente puede proporcionar una base sólida y direcciones claras para ayudar a explorar electrolitos basados en polímeros multicomponente con un buen rendimiento, aunque es difícil que los electrolitos poliméricos de un solo componente cumplan con todos los requisitos al mismo tiempo.
Experiencia de AIMPLAS
En AIMPLAS se están llevando a cabo diversos proyectos de I+D con el objetivo de contribuir a la mejora del sector del almacenamiento energético, entre los que se encuentra el proyecto BALIHT. Este proyecto tiene como objetivo principal abordar los principales problemas para proporcionar soluciones de almacenamiento en la integración de energía generada a partir de fuentes renovables. BALIHT es un proyecto financiado en el programa de investigación e innovación H2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención Nº 875637 H2020-LC-BAT-2019-2020.
Sergio Navarro García
Investigador del Departamento de Construcción y Energías Renovables en AIMPLAS
REFERENCIAS
- L. H. B. W. H. L. Xiaoyan Liu, "Recent progress of hybrid solid-state electrolytes for lithium batteries", Chemistry European Journal, Zhejiang, China, 2018.
- Y. Z. D. Y. L. J. L. M. L. J. W. X. L. Penghui Yao, "Review on polymer-based composite electrolytes for lithium bateries", Frontiers in chemistry, Shenzen, China, 8 de Agosto de 2019.
- L. Y. Z. Tingting Ye, "Recent progress in solid electrolytes for energy storage devices", Advanced functional marerials, Nanjing, China, 2 de Marzo de 2020.
- M. J. A. M. K. Z. Mogalahalli V. Reddy, "Sulfide and oxide inorganic solid electrolytes for all-solid-state Li batteries: a review", Centre of excellence in transportation electrification and energy storage (CETEES), Montreal, Canadá, 15 de Agosto 2020.
- W. L. S. J. Z. K. E. J. M. S. Y. Fei Lv, "Challenges and development of composite solid-state electrolytes for high-performance lithium ion batteries", Journal of power sources 441 (2019) 227175, Jiaxing, China. Uppsala, Suecia., 18 de Septiembre 2019.
- G. M. K. K. S. M. S. Kabeer Nasrin, "Redox-additives in aqueous, non-aqueous, and all-solid-state electrolytes for carbon-based supercapacitor: a mini-review", Enerfy & Fuels, 35(8), 6465-6482, Tamil Nadu, India, 2021.
AIMPLAS es el Instituto Tecnológico del Plástico ubicado en Valencia y está inscrito en el Registro de Centros Tecnológicos del Ministerio de Economía y Competitividad. Pertenece a la Federación Española de Centros Tecnológicos, FEDIT, y a la Red de Institutos Tecnológicos de la Comunitat Valenciana, REDIT.
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