Sfondate

In u 1800, u fisicu talianu A. Volta hà custruitu a pila di voltaic, chì apre u principiu di batterie pratiche è discrittu per a prima volta l'impurtanza di l'elettroliti in i dispusitivi di almacenamiento d'energia elettrochimica. L'elettrolitu pò esse vistu cum'è una strata elettronicamente insulating è ion-conducting in forma di liquidu o solidu, inseritu trà l'elettrodi negativi è pusitivi. Attualmente, l'elettrolitu più avanzatu hè fattu da dissolve u salitu di lithium solidu (per esempiu, LiPF6) in solvente di carbonate organico non-aqueous (per esempiu EC è DMC). In quantu à a forma generale di a cellula è u disignu, l'elettroliti tipicamenti conta da 8% à 15% di u pesu di a cellula. Chì's di più, a so inflammabilità è u range di temperatura ottimali di u funziunamentu di -10°C à 60°C impedisce assai di migliurà a densità di l'energia di a batteria è a sicurità. Per quessa, formulazioni elettroliti innovatori sò cunsiderate cum'è l'enabler chjave per u sviluppu di a prossima generazione di batterie novi.

I ricercatori sò ancu travagliendu per sviluppà diversi sistemi elettroliti. Per esempiu, l'usu di solventi fluorurati chì ponu ottene u ciculu di lithium metal efficaci, elettroliti solidi organici o inorganici chì sò benefiziu à l'industria di i veiculi è "batterie à stati solidi" (SSB). U mutivu principale hè chì, se l'elettrolitu solidu rimpiazza l'elettrolitu liquidu originale è u diafragma, a sicurezza, a densità di energia unica è a vita di a bateria pò esse significativamente migliorata. Dopu, avemu principarmenti riassuntu u prugressu di ricerca di elettroliti solidi cù materiali differente.

Elettroliti solidi inorganici

L'elettroliti solidi inorganici sò stati utilizati in i dispositi di almacenamentu di energia elettrochimica cummerciale, cum'è alcune batterie rechargeable d'alta temperatura Na-S, batterie Na-NiCl2 è batterie primarie Li-I2. Torna in u 2019, Hitachi Zosen (Giappone) hà dimustratu una batteria di sacchetti solidu di 140 mAh per esse aduprata in u spaziu è pruvata nantu à a Stazione Spaziale Internaziunale (ISS). Sta bateria hè cumposta da un elettrolitu sulfuru è altri cumpunenti di a batteria micca divulgati, essendu capaci di operare trà -40.°C è 100°C. In 2021, a cumpagnia introduce una batteria solida di capacità più altu di 1000 mAh. Hitachi Zosen vede a necessità di batterie solidi per ambienti duri cum'è u spaziu è l'equipaggiu industriale chì operanu in ambienti tipici. A cumpagnia pensa à radduppià a capacità di a bateria da 2025. Ma finu à quì, ùn ci hè micca un pruduttu di batterie in tuttu u statu solidu chì pò esse usatu in i veiculi elettrici.

Elettroliti organici semi-solidi è solidi

In a categuria di l'elettroliti solidi organici, a Francia Bolloré hà cummercializatu cù successu un elettrolitu PVDF-HFP in gel è un elettrolitu PEO in gel. A cumpagnia hà ancu lanciatu prugrammi piloti di car-sharing in l'America di u Nordu, l'Europa è l'Asia per applicà sta tecnulugia di batterie à i veiculi elettrici, ma sta batteria di polimeru ùn hè mai stata largamente aduttata in vitture di passageri. Un fattore chì cuntribuisce à a so scarsa adopzione cummerciale hè chì ponu esse usatu solu à temperature relativamente elevate (50°C à 80°C) e gamme di bassa tensione. Sti batterie sò oghji aduprate in veiculi cummirciali, cum'è certi autobus di cità. Ùn ci hè micca casi di travaglià cù batterie d'elettroliti di polimeru solidu puru à a temperatura di l'ambienti (vale à dì, circa 25°C).

A categuria semisolida include l'elettroliti altamente viscosi, cum'è e miscele di sali-solventi, a suluzione elettrolitica chì hà una cuncentrazione di sali più altu ch'è u standard 1 mol/L, cù cuncentrazioni o punti di saturazione finu à 4 mol/L. Una preoccupazione cù e mischii d'elettroliti cuncentrati hè u cuntenutu relativamente altu di sali fluorurati, chì pone ancu dumande nantu à u cuntenutu di lithium è l'impattu ambientale di tali elettroliti. Questu hè chì a cummercializazione di un pruduttu maturu richiede un analisi cumpletu di u ciclu di vita. È a materia prima per l'elettroliti semi-solidi preparati deve ancu esse simplice è dispunibule per esse integrate più facilmente in i veiculi elettrici.

Elettroliti ibridi

L'elettroliti ibridi, cunnisciuti ancu com'è elettroliti misti, ponu esse mudificati basatu annantu à l'elettroliti ibridi di solventi acquosi / organici o aghjunghjendu una soluzione elettrolitica liquida non aquosa à un elettrolitu solidu, cunsiderendu a fabricabilità è a scalabilità di elettroliti solidi è i requisiti per a tecnulugia di stacking. Tuttavia, tali elettroliti hibridi sò sempre in u stadiu di ricerca è ùn ci sò micca esempi cummerciale.

Considerazioni per u sviluppu cummerciale di l'elettroliti

I più grandi vantaghji di l'elettroliti solidi sò l'alta sicurezza è a longa vita di u ciculu, ma i seguenti punti anu da esse attentamente cunsiderati quandu valute l'elettroliti liquidi o solidi alternativi:

• Prucessu di fabricazione è cuncepimentu di sistema di elettrolitu solidu. E batterie di calibre di laboratoriu sò tipicamente custituiti da particelle d'elettroliti solidi cù parechji centinaie di microni di grossu, rivestiti da un latu di l'elettrodi. Queste piccule cellule solide ùn sò micca rapprisentanti di u rendimentu necessariu per e grande cellule (10 à 100Ah), postu chì a capacità di 10 ~ 100Ah hè a specificazione minima necessaria per e batterie di putenza attuale.
• L'elettrolitu solidu rimpiazza ancu u rolu di u diafragma. Siccomu u so pesu è u grossu sò più grande di u diafragma PP / PE, deve esse aghjustatu per ottene a densità di pesu.≥350 Wh/kgè a densità di energia≥900Wh/L per ùn impediscenu a so cummercializazione.

A batteria hè sempre un risicu per a sicurità in una certa misura. L'elettroliti solidi, ancu s'ellu hè più sicuru ch'è i liquidi, ùn hè micca necessariamente micca inflamable. Certi polimeri è elettroliti inorganici ponu reagisce cù l'ossigenu o l'acqua, pruducia calore è gasi tossichi chì ponu ancu un periculu di focu è splusione. In più di e cellule singole, i plastichi, i casi è i materiali di pacchettu ponu causà una combustione incontrollata. Dunque, in ultimamente, hè necessariu un test di sicurezza olisticu à livellu di sistema.