Electrolit în stare solidă

Un electrolit în stare solidă (SSE) este un conductor ionic solid și un material izolator pentru electroni, fiind componenta cheie a bateriilor cu stare solidă. Are un rol esențial în aplicațiile de stocare a energiei electrice (EES), înlocuind electroliții lichizi, în special cei din bateriile litiu-ion.[1][2] Avantajele sale principale includ:

  • Siguranță sporită: Elimină riscul de scurgeri de solvenți organici toxici și reduce inflamabilitatea.
  • Stabilitate: Oferă stabilitate mecanică și termică excelentă, previne nevolatilitatea și are o autodescărcare scăzută.
  • Performanță îmbunătățită: Permite densitate de putere mai mare, ciclabilitate extinsă și procesare ușoară.[3]

Un exemplu semnificativ este posibilitatea utilizării unui anod metalic de litiu într-un dispozitiv practic. Spre deosebire de electroliții lichizi, SSE suprimă formarea dendritelor de litiu, permițând un anod cu capacitate mai mare (3860 mAh g−1) și potențial de reducere mai scăzut, cum ar fi litiul (-3,04 V vs SHE) comparativ cu grafitul tradițional (372 mAh g−1). Acest lucru deschide calea către baterii reîncărcabile mai ușoare, mai subțiri și mai ieftine.[4][5]

În plus, acest lucru permite atingerea densităților gravimetrice și volumetrice de energie, suficient de mari pentru a atinge 804 km pe o singură încărcare într-un vehicul electric.[6] Cu toate acestea, există încă provocări: conductivitatea ionică a SSE-urilor este mai scăzută decât cea a electroliților lichizi.

Deși cercetarea este în curs de desfășurare, mulți producători auto (Toyota, BMW, Honda, Hyundai) anticipează integrarea SSE-urilor în dispozitive viabile și comercializarea vehiculelor electrice cu baterii cu stare solidă până în 2025.[7][8]

Baterie cu stare solidă completă, cu electrolit în stare solidă.

Istorie

[modificare | modificare sursă]

Primii electroliți solizi anorganici au fost descoperiți de Michael Faraday în secolul al XIX-lea. Printre aceștia se numără sulfura de argint (Ag2S) și fluorura de plumb (II) (PbF2).[9] Descoperirea polimerilor conductori ionici solizi a urmat în anii 1970, odată cu sinteza PEO de către V. Wright. Importanța acestei descoperiri a fost recunoscută la începutul anilor 1980.[10][11]

Deși electroliții solizi au o istorie lungă, rămân probleme fundamentale nerezolvate legate de înțelegerea pe deplin a comportamentului bateriilor cu stare solidă, în special în zona interfețelor electrochimice.[12] Creșterea cererii pentru vehicule electrice cu rază lungă de acțiune a impulsionat cercetarea și dezvoltarea bateriilor cu stare solidă. Avantajele lor în materie de siguranță și performanță le fac o soluție promițătoare pentru a depăși limitările actuale ale chimiei Li-ion.

O descoperire semnificativă a fost realizată în martie 2020 de Institutul Avansat de Tehnologie Samsung (SAIT). Ei au prezentat o baterie cu stare solidă (ASSB) care utilizează un electrolit solid pe bază de argirodită. Bateria a atins o densitate de energie de 900 Wh L-1 și o ciclabilitate stabilă de peste 1000 de cicluri, depășind pentru prima dată pragul de 1000 Wh L−1.[13]

Proprietăți

[modificare | modificare sursă]

Pentru ca bateriile cu stare solidă (SSB) și electroliții solizi (SE) să devină o forță majoră pe piață, trebuie să îndeplinească o serie de criterii cheie de performanță.[14][15][16] Iată principalele aspecte pe care un SSB/SE ar trebui să le satisfacă:[12][17]

  • Conductivitate ionică: SSB-urile au suferit în trecut de conductivitate ionică scăzută, din cauza cineticii interfațiale slabe și a mobilității ionilor. Un SE cu conductivitate ionică ridicată este esențial. Aceasta poate fi măsurată prin spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS) și ar trebui să fie de cel puțin 10−4 S cm−1[18].
  • Densitate energetică volumetrică: Pe lângă conductivitatea ionică ridicată, candidatul trebuie să poată fi stivuit compact, oferind o densitate energetică mare pentru vehiculele electrice. O densitate volumetrică ridicată este necesară pentru a crește autonomia vehiculelor electrice între încărcări.[19]
  • Densitate a puterii: Este esențială o densitate a puterii suficientă (W/L) pentru a asigura disponibilitatea energiei atunci când este necesară, influențând și viteza de încărcare și descărcare.
  • Durata de viață: Sunt necesare cicluri lungi și o durată de viață extinsă, deoarece bateriile Li-ion convenționale se degradează în timp.
  • Număr de transfer ionic: Un număr mare de transfer ionic (cât mai aproape de 1) este important și poate fi măsurat prin cronoamperometrie (CA) și analiză EIS.[19]
  • Stabilitate termică, mecanică și electrochimică: SSB-urile pot suferi variații mari de volum și solicitări mecanice în timpul funcționării. Stabilitatea electrochimică la potențiale ridicate este benefică pentru o densitate energetică mare. Rezistența mecanică ridicată (cel puțin zeci de MPa) poate fi măsurată prin testul de tracțiune. Ferestrele largi de stabilitate electrochimică (ESW) (cel puțin 4-5 V) pot fi măsurate prin voltametrie liniară de baleiaj (LSV) sau voltametrie ciclică (CV).[20][20]
  • Compatibilitate: SE trebuie să fie compatibil cu materialele electrozilor utilizate în baterii, deoarece rezistența în SSB-uri poate crește din cauza zonei limitate de contact dintre electrolit și materialele electrodului. De asemenea, trebuie să fie stabil în contact cu metalul de litiu și ușor de utilizat în dispozitive electronice portabile. Compatibilitatea cu materialul electrodului poate fi măsurată prin analiză EIS repetată pe mai multe zile consecutive.[21]
  • Tehnologii de fabricație economice: Dacă SE conține materiale scumpe, cum ar fi Ge, costul de producție va crește semnificativ. Producerea unui SSB exemplar necesită tehnologii de fabricație eficiente, cum ar fi dispersia particulelor, amestecarea mecanică și formarea peliculei.

Este dificil ca un singur material să satisfacă toate criteriile enumerate mai sus. Prin urmare, pot fi utilizate o serie de alte abordări, cum ar fi un sistem electrolitic hibrid care combină avantajele electroliților anorganici și polimerici.

Categorii

[modificare | modificare sursă]

Electroliții în stare solidă (SSE) îndeplinesc același rol ca un electrolit lichid tradițional, dar se disting prin starea lor solidă. Se clasifică în electroliți în stare solidă (ESE) și electroliți în stare cvasi-solidă (QSSE). ESE se subdivizează în electrolit solid anorganic (ISE), electrolit polimer solid (SPE) și electrolit polimer compozit (CPE). ISE sunt compuși anorganici cu conductivitate ionică, SPE conțin lanțuri polimerice cu grupări substituționale care facilitează conductivitatea ionică, iar CPE combină caracteristicile ISE și SPE. QSSE, cunoscut și sub numele de electrolit polimer gel (GPE), este o membrană independentă care conține o cantitate specifică de component lichid imobilizat în interiorul matricei solide. Spre deosebire de ESE, QSSE nu prezintă o structură cristalină ordonată. Nomenclaturile SPE și GPE sunt adesea folosite interschimbabil, deși prezintă mecanisme distincte de conducere ionică. SPE-urile conduc ionii prin interacțiunea cu grupările substituționale ale lanțurilor polimerice, în timp ce GPE-urile conduc ionii în principal în solventul sau plastifiantul inclus.[22]

Electrolit în stare solidă

[modificare | modificare sursă]

Electroliții în stare solidă (SSE) se împart în electroliți solizi anorganici (ISE), electroliți polimeri solizi (SPE) și electroliți polimeri compoziti (CPE). Spre deosebire de electroliții lichizi tradiționali, SSE sunt solizi la temperatura camerei, permițând mișcarea ionică în stare solidă. Avantajul principal al SSE este eliminarea completă a componentelor lichide, sporind semnificativ siguranța dispozitivelor care le utilizează. Cu toate acestea, conductivitatea ionică a SSE este, în general, mai mică decât cea a electroliților lichizi echivalenți, reprezentând o limitare importantă.[23]

Electrolit solid anorganic (ISE)

[modificare | modificare sursă]

Electroliții solizi anorganici (ISE) reprezintă o categorie specifică de electroliți în stare solidă, compuși din materiale anorganice în stare cristalină sau sticloasă care permit conductivitatea ionică prin difuzie în interiorul rețelei.[24] Principalele avantaje ale ISE includ o conductivitate ionică ridicată (de ordinul a câțiva mS cm−2 la temperatura camerei), un modul elastic semnificativ (de ordinul GPa) și un număr mare de transfer, comparativ cu alte clase de electroliți în stare solidă.[25] Totuși, ISE prezintă și anumite dezavantaje. Fragilitatea lor le afectează compatibilitatea și stabilitatea la contact cu electrozii, ducând la o creștere rapidă a rezistenței interfaciale și la dificultăți în transpunerea rezultatelor obținute în cercetare la scară industrială.[26] Compoziția ISE poate fi bazată pe oxizi, sulfuri sau fosfați. Structura lor cristalină include LISICON⁠(d) (conductor superionic de litiu) (de exemplu LGPS, LiSiPS, LiPS), argirodite (de exemplu Li6PS5X, X = Cl, Br, I),[27] granate (LLZO⁠(d)),[28] NASICON⁠(d) (conductor superionic de sodiu) (de exemplu LTP, LATP, LAGP⁠(d)),[29] nitruri de litiu (de exemplu Li3N),[30] hidruri de litiu (LiBH4),[31] fosidotrielați de litiu[32] și fosidotetrelați,[33] perovskiți (de exemplu, titanat de lantan de litiu, „LLTO”),[34] halogenuri de litiu (LYC, LYB),[35] RbAg4I5.[36][37] Pe lângă ISE cristaline, există și variante ceramice din sticlă, care prezintă o stare amorfă în locul structurii cristaline clasice. Exemple populare includ oxinitrura de litiu fosfor (LIPON)[38] și tiofosfații de litiu (Li2S–P2S5).[39]

Electrolit polimer solid (SPE)

[modificare | modificare sursă]

Electrolitul polimer solid (SPE) este definit ca o soluție de sare fără solvent încorporată într-un material gazdă polimeric, care permite conductivitatea ionică prin intermediul lanțurilor polimerice. Spre deosebire de ISE-uri, SPE-urile prezintă o procesabilitate semnificativ îmbunătățită, în general prin turnare în soluție, făcându-le extrem de compatibile cu producția la scară largă. De asemenea, se remarcă prin elasticitate și plasticitate sporite, oferind stabilitate la interfață, flexibilitate și rezistență la modificările de volum în timpul funcționării.[22] Caracteristicile ideale ale unui SPE includ o bună dizolvare a sărurilor de litiu, o temperatură scăzută de tranziție sticloasă (Tg), compatibilitate electrochimică cu materialele comune pentru electrozi, un grad scăzut de cristalinitate, stabilitate mecanică și sensibilitate redusă la temperatură.[40] Totuși, SPE-urile prezintă, în general, o conductivitate ionică mai mică decât ISE-urile și o capacitate de încărcare rapidă limitată.[41] Un exemplu relevant este SPE-ul pe bază de PEO, primul polimer în stare solidă pentru care s-a demonstrat conductivitate ionică prin interacțiune atât intramoleculară, cât și intramoleculară, datorită mișcării segmentare a lanțurilor polimerice[42] și capacității mari de complexare ionică a grupărilor eterice. Cu toate acestea, SPE-urile pe bază de PEO suferă de o conductivitate ionică scăzută la temperatura camerei (10−5 S cm−1)[43] din cauza gradului ridicat de cristalinitate. Principalele alternative la SPE-urile pe bază de polieter includ policarbonații,[44] poliesterii,[45] polinitrilii (de exemplu PAN),[46] polialcoolii (de exemplu PVA),[47] poliaminele (de exemplu PEI),[48] polisiloxanul (de exemplu PDMS)[49][50] și fluoropolimerii (de exemplu PVDF, PVDF-HFP).[51] Biopolimerii precum lignina,[52] chitosanul[53] și celuloza[54] câștigă tot mai multă atenție ca SPE-uri de sine stătătoare sau în amestec cu alți polimeri, datorită compatibilității lor cu mediul și capacității semnificative de complexare a sărurilor. De asemenea, sunt explorate diverse strategii pentru a crește conductivitatea ionică a SPE-urilor și raportul amorf-cristalin.[55]

Electrolitul polimer compozit (CPE) se obține prin introducerea de particule ca materiale de umplutură în soluția de polimer. Particulele pot fi inerte la conductivitatea Li+ (Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, zeolit, montmorillonit, ...),[56][57][58] având ca scop principal reducerea cristalinității, sau pot fi active (LLTO, LLZO, LATP...)[59][60] dacă se utilizează particule ISE dispersate. Nomenclatura utilizată frecvent depinde de raportul polimer/anorganic, diferențiind ceramica-în-polimer și polimer-în-ceramică.[61] Tehnici precum copolimerizarea,[62] reticularea,[63] întrepătrunderea,[64] și amestecarea[65] pot fi utilizate ca strategii de coordonare polimer/polimer pentru a ajusta proprietățile SPE-urilor și a obține performanțe îmbunătățite. Introducerea grupărilor polare precum eterii, carbonilii sau nitrilii în lanțurile polimerice contribuie semnificativ la îmbunătățirea dizolvării sărurilor de litiu.

Electrolit cvasi-solid

[modificare | modificare sursă]
Compararea diferiților electroliți în stare cvasi-solidă pe bază de polimeri.

Electroliții în stare cvasi-solidă (QSSE) sunt o clasă largă de materiale compozite, formate dintr-un electrolit lichid și o matrice solidă. Electrolitul lichid asigură calea de percolare pentru conductivitatea ionică, în timp ce matricea solidă conferă stabilitate mecanică ansamblului. QSSE-urile prezintă o varietate de proprietăți mecanice, de la materiale rigide asemănătoare solidelor la cele sub formă de pastă, conform numelui sugestiv.[66][67][68] Există diverse categorii de QSSE, printre care:

  • Electroliți polimeri în gel (GPE)
  • Electroliți Ionogel[69]
  • Electroliți în gel (cunoscuți și sub denumirea de electroliți „nisip umed”)

GPE-urile, cel mai comun tip de QSSE, prezintă un mecanism de conducere ionică distinct de SPE-urile care conduc ionii prin interacțiunea cu grupările substituționale ale lanțurilor polimerice. GPE-urile conduc ionii în principal în solvent, care acționează ca plastifiant.[70] Solventul crește conductivitatea ionică și înmoaie electrolitul pentru un contact interfacial îmbunătățit. Matricea GPE-urilor constă dintr-o rețea polimerică umflată cu un solvent care conține ionii activi (de exemplu, Li+, Na+, Mg2+ etc.). Această structură permite compozitului să combine proprietățile mecanice ale solidelor cu proprietățile de transport ridicate ale lichidelor. O varietate de gazde polimerice au fost utilizate în GPE, inclusiv PEO, PAN, PMMA, PVDF-HFP etc. Polimerii sunt sintetizați cu porozitate crescută pentru a încorpora solvenți precum carbonat de etilenă (EC), carbonat de propilenă (PC), carbonat de dietil (DEC) și carbonat de dimetil (DMC).[71][72][73] Polietilenglicolul (PEG) cu greutate moleculară mică sau alți eteri sau solvenți organici aprotici cu constantă dielectrică ridicată, cum ar fi dimetilsulfoxidul (DMSO), pot fi, de asemenea, amestecați în matricea SPE.[74][75] Reticularea UV și termică sunt metode utile pentru polimerizarea in-situ a GPE direct în contact cu electrozii, asigurând o interfață perfect aderentă.[76] Valorile conductivității ionice de ordinul a 1 mS cm−1 pot fi ușor obținute cu GPE-uri, conform numeroaselor studii de cercetare publicate.[77]

Subclase emergente de QSSE:

  • Ionogeluri: Utilizează lichide ionice ca solvenți, oferind avantaje precum neinflamabilitate și stabilitate la temperaturi ridicate.[69][78] Materialele matrice pot varia de la polimeri[79] la nanomateriale anorganice.[67] Asigură stabilitate mecanică (modul de stocare de până la 1 MPa sau mai mare) și conductivități ionice de ordinul a 1 mS cm-1 fără solvenți inflamabili.
  • Electroliți de gel (nisip umed): Pot atinge conductivități ionice asemănătoare lichidelor (~10 mS cm-1) în stare solidă. Utilizează nanoparticule de SiO2 și solvenți cu vâscozitate scăzută (de exemplu, carbonat de etilenă (EC)) pentru a crea un gel cu proprietăți ajustabile prin modificarea încărcării matricei.[80] Conținutul de matrice (10-40% în greutate) influențează proprietățile mecanice (de la pastă moale la gel dur). Există un compromis între rezistența mecanică și conductivitatea ionică, unul crescând odată cu celălalt scăzând.[66] Cu toate acestea, există un compromis între rezistența mecanică și conductivitatea ionică pe măsură ce unul crește odată cu schimbarea conținutului de matrice, celălalt suferă.[81] Cu toate acestea, conținutul de matrice poate oferi beneficii suplimentare, cum ar fi un număr îmbunătățit de transfer de transfer de litiu datorită materialelor matricei funcționalizate.[82]

Dezvoltarea combinației optime de matrice și solvent pentru QSSE este un domeniu activ de cercetare.[66][80]

Oportunități

[modificare | modificare sursă]
Formarea necontrolată a dendritelor de litiu

Versatilitatea și proprietățile electroliților în stare solidă (SSE) extind posibilitățile de aplicare a bateriilor către densități mari de energie și chimii mai ieftine, limitate de tehnologia actuală a bateriilor Li-ion. Implementarea unui SSE în arhitectura bateriei permite utilizarea litiului metalic ca material pentru anod, oferind o densitate energetică semnificativ mai mare datorită capacității sale specifice ridicate de 3860 mAh g−1.[83] Utilizarea unui anod de litiu metalic (LMA) este problematică în electroliții lichizi din cauza creșterii dendritice a electrodului Li, care poate duce la scurtcircuite după un număr redus de cicluri. Alte probleme includ expansiunea volumului, reactivitatea interfeței cu electrolitul solid (SEI) și formarea „litiului mort”.[84] SSE-urile asigură un contact omogen cu electrodul metalic de litiu și oferă proprietățile mecanice necesare pentru a preveni depunerea necontrolată a ionilor Li+ în timpul fazei de încărcare. De asemenea, SSE-urile găsesc o aplicație promițătoare în bateriile cu litiu-sulf, rezolvând problema crucială a „efectului de navetă” a polisulfurilor prin blocarea dizolvării speciilor de polisulfură în electrolit, care duce la o degradare rapidă a capacității.[85]

Note

[modificare | modificare sursă]
  1. ^ „Japanese Government Partners With Manufacturers On Solid State Battery Research”. CleanTechnica. . 
  2. ^ „German Federal Government Invests In Solid State Battery Research”. CleanTechnica. . 
  3. ^ Chen, Zhen; Kim, Guk-Tae; Wang, Zeli; Bresser, Dominic; Qin, Bingsheng; Geiger, Dorin; Kaiser, Ute; Wang, Xuesen; Shen, Ze Xiang (octombrie 2019). „4-V flexible all-solid-state lithium polymer batteries”. Nano Energy. 64: 103986. doi:10.1016/j.nanoen.2019.103986. 
  4. ^ Polymer-Derived SiOC Integrated with a Graphene Aerogel As a Highly Stable Li-Ion Battery Anode Applied Materials and Interfaces 2020
  5. ^ Wang, Renheng; Cui, Weisheng; Chu, Fulu; Wu, Feixiang (septembrie 2020). „Lithium metal anodes: Present and future”. Journal of Energy Chemistry. 48: 145–159. doi:10.1016/j.jechem.2019.12.024. 
  6. ^ Baldwin, Roberto (). „Samsung Reveals Breakthrough: Solid-State EV Battery with 500-Mile Range”. Car and Driver. 
  7. ^ Kim, Taehoon; Song, Wentao; Son, Dae-Yong; Ono, Luis K.; Qi, Yabing (). „Lithium-ion batteries: outlook on present, future, and hybridized technologies”. Journal of Materials Chemistry A. 7 (7): 2942–2964. doi:10.1039/c8ta10513h. 
  8. ^ „Solid-State Batteries”. FutureBridge. . 
  9. ^ Solid State Electrochemistry. Cambridge University Press. ISBN 9780511524790. 
  10. ^ Wright, Peter V. (septembrie 1975). „Electrical conductivity in ionic complexes of poly(ethylene oxide)”. British Polymer Journal. 7 (5): 319–327. doi:10.1002/pi.4980070505. 
  11. ^ GRAY, F; MACCALLUM, J; VINCENT, C (ianuarie 1986). „Poly(ethylene oxide) - LiCF3SO3 - polystyrene electrolyte systems”. Solid State Ionics. 18-19: 282–286. doi:10.1016/0167-2738(86)90127-X. 
  12. ^ a b Janek, Jürgen; Zeier, Wolfgang G. (). „A solid future for battery development”. Nature Energy. 1 (9): 16141. Bibcode:2016NatEn...116141J. doi:10.1038/nenergy.2016.141. 
  13. ^ Lee, Yong-Gun; Fujiki, Satoshi; Jung, Changhoon; Suzuki, Naoki; Yashiro, Nobuyoshi; Omoda, Ryo; Ko, Dong-Su; Shiratsuchi, Tomoyuki; Sugimoto, Toshinori (). „High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal batteries enabled by silver–carbon composite anodes”. Nature Energy. 5 (4): 299–308. Bibcode:2020NatEn...5..299L. doi:10.1038/s41560-020-0575-z. 
  14. ^ Robinson, Arthur L.; Janek, Jürgen (decembrie 2014). „Solid-state batteries enter EV fray”. MRS Bulletin (în engleză). 39 (12): 1046–1047. Bibcode:2014MRSBu..39.1046R. doi:10.1557/mrs.2014.285. ISSN 0883-7694. 
  15. ^ Janek, Jürgen; Zeier, Wolfgang G. (). „A solid future for battery development”. Nature Energy (în engleză). 1 (9): 16141. Bibcode:2016NatEn...116141J. doi:10.1038/nenergy.2016.141. ISSN 2058-7546. 
  16. ^ Hu, Yong-Sheng (). „Batteries: Getting solid”. Nature Energy (în engleză). 1 (4): 16042. Bibcode:2016NatEn...116042H. doi:10.1038/nenergy.2016.42. ISSN 2058-7546. 
  17. ^ Agrawal, R C; Pandey, G P (). „Solid polymer electrolytes: materials designing and all-solid-state battery applications: an overview”. Journal of Physics D: Applied Physics. 41 (22): 223001. doi:10.1088/0022-3727/41/22/223001. 
  18. ^ Sundaramahalingam, K.; Muthuvinayagam, M.; Nallamuthu, N.; Vanitha, D.; Vahini, M. (). „Investigations on lithium acetate-doped PVA/PVP solid polymer blend electrolytes”. Polymer Bulletin. 76 (11): 5577–5602. doi:10.1007/s00289-018-02670-2. 
  19. ^ a b Appetecchi, G. B. (). „A New Class of Advanced Polymer Electrolytes and Their Relevance in Plastic-like, Rechargeable Lithium Batteries”. Journal of the Electrochemical Society. 143 (1): 6–12. Bibcode:1996JElS..143....6A. doi:10.1149/1.1836379. 
  20. ^ a b Zheng, Feng; Kotobuki, Masashi; Song, Shufeng; Lai, Man On; Lu, Li (iunie 2018). „Review on solid electrolytes for all-solid-state lithium-ion batteries”. Journal of Power Sources. 389: 198–213. Bibcode:2018JPS...389..198Z. doi:10.1016/j.jpowsour.2018.04.022. 
  21. ^ Agostini, Marco; Lim, Du Hyun; Sadd, Matthew; Fasciani, Chiara; Navarra, Maria Assunta; Panero, Stefania; Brutti, Sergio; Matic, Aleksandar; Scrosati, Bruno (). „Stabilizing the Performance of High-Capacity Sulfur Composite Electrodes by a New Gel Polymer Electrolyte Configuration”. ChemSusChem. 10 (17): 3490–3496. doi:10.1002/cssc.201700977. PMID 28731629. 
  22. ^ a b Mindemark, Jonas; Lacey, Matthew J.; Bowden, Tim; Brandell, Daniel (iunie 2018). „Beyond PEO—Alternative host materials for Li + -conducting solid polymer electrolytes”. Progress in Polymer Science. 81: 114–143. doi:10.1016/j.progpolymsci.2017.12.004. 
  23. ^ Mauger, A.; Armand, M.; Julien, C.M.; Zaghib, K. (iunie 2017). „Challenges and issues facing lithium metal for solid-state rechargeable batteries” (PDF). Journal of Power Sources. 353: 333–342. Bibcode:2017JPS...353..333M. doi:10.1016/j.jpowsour.2017.04.018. 
  24. ^ Bachman, John Christopher; Muy, Sokseiha; Grimaud, Alexis; Chang, Hao-Hsun; Pour, Nir; Lux, Simon F.; Paschos, Odysseas; Maglia, Filippo; Lupart, Saskia (). „Inorganic Solid-State Electrolytes for Lithium Batteries: Mechanisms and Properties Governing Ion Conduction”. Chemical Reviews. 116 (1): 140–162. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00563. PMID 26713396. 
  25. ^ Zhao, Qing; Stalin, Sanjuna; Zhao, Chen-Zi; Archer, Lynden A. (). „Designing solid-state electrolytes for safe, energy-dense batteries”. Nature Reviews Materials. 5 (3): 229–252. Bibcode:2020NatRM...5..229Z. doi:10.1038/s41578-019-0165-5. 
  26. ^ Han, Xiaogang; Gong, Yunhui; Fu, Kun (Kelvin); He, Xingfeng; Hitz, Gregory T.; Dai, Jiaqi; Pearse, Alex; Liu, Boyang; Wang, Howard (). „Negating interfacial impedance in garnet-based solid-state Li metal batteries”. Nature Materials. 16 (5): 572–579. doi:10.1038/nmat4821. PMID 27992420. 
  27. ^ Kraft, Marvin A.; Ohno, Saneyuki; Zinkevich, Tatiana; Koerver, Raimund; Culver, Sean P.; Fuchs, Till; Senyshyn, Anatoliy; Indris, Sylvio; Morgan, Benjamin J. (noiembrie 2018). „Inducing High Ionic Conductivity in the Lithium Superionic Argyrodites Li P Ge S I for All-Solid-State Batteries” (PDF). Journal of the American Chemical Society. 140 (47): 16330–16339. doi:10.1021/jacs.8b10282. PMID 30380843. 
  28. ^ Liu, Qi; Geng, Zhen; Han, Cuiping; Fu, Yongzhu; Li, Song; He, Yan-bing; Kang, Feiyu; Li, Baohua (iunie 2018). „Challenges and perspectives of garnet solid electrolytes for all solid-state lithium batteries”. Journal of Power Sources. 389: 120–134. Bibcode:2018JPS...389..120L. doi:10.1016/j.jpowsour.2018.04.019. 
  29. ^ DeWees, Rachel; Wang, Hui (). „Synthesis and Properties of NaSICON‐type LATP and LAGP Solid Electrolytes”. ChemSusChem. 12 (16): 3713–3725. doi:10.1002/cssc.201900725. PMID 31132230. 
  30. ^ Beister, Heinz Jürgen; Haag, Sabine; Kniep, Rüdiger; Strössner, Klaus; Syassen, Karl (august 1988). „Phase Transformations of Lithium Nitride under Pressure”. Angewandte Chemie International Edition in English. 27 (8): 1101–1103. doi:10.1002/anie.198811011. 
  31. ^ de Jongh, P. E.; Blanchard, D.; Matsuo, M.; Udovic, T. J.; Orimo, S. (). „Complex hydrides as room-temperature solid electrolytes for rechargeable batteries”. Applied Physics A. 122 (3): 251. Bibcode:2016ApPhA.122..251D. doi:10.1007/s00339-016-9807-2. 
  32. ^ Restle, Tassilo M. F.; Strangmüller, Stefan; Baran, Volodymyr; Senyshyn, Anatoliy; Kirchhain, Holger; Klein, Wilhelm; Merk, Samuel; Müller, David; Kutsch, Tobias (noiembrie 2022). „Super‐Ionic Conductivity in ω‐ Li 9 Tr P 4 ( Tr = Al, Ga, In) and Lithium Diffusion Pathways in Li 9 AlP 4 Polymorphs”. Advanced Functional Materials (în engleză). 32 (46): 2112377. doi:10.1002/adfm.202112377. ISSN 1616-301X. 
  33. ^ Strangmüller, Stefan; Eickhoff, Henrik; Müller, David; Klein, Wilhelm; Raudaschl-Sieber, Gabriele; Kirchhain, Holger; Sedlmeier, Christian; Baran, Volodymyr; Senyshyn, Anatoliy (). „Fast Ionic Conductivity in the Most Lithium-Rich Phosphidosilicate Li 14 SiP 6”. Journal of the American Chemical Society (în engleză). 141 (36): 14200–14209. doi:10.1021/jacs.9b05301. ISSN 0002-7863. 
  34. ^ Li, Yutao; Xu, Henghui; Chien, Po-Hsiu; Wu, Nan; Xin, Sen; Xue, Leigang; Park, Kyusung; Hu, Yan-Yan; Goodenough, John B. (). „A Perovskite Electrolyte That Is Stable in Moist Air for Lithium-Ion Batteries”. Angewandte Chemie International Edition. 57 (28): 8587–8591. doi:10.1002/anie.201804114. PMID 29734500. 
  35. ^ Asano, Tetsuya; Sakai, Akihiro; Ouchi, Satoru; Sakaida, Masashi; Miyazaki, Akinobu; Hasegawa, Shinya (noiembrie 2018). „Solid Halide Electrolytes with High Lithium-Ion Conductivity for Application in 4 V Class Bulk-Type All-Solid-State Batteries”. Advanced Materials. 30 (44): 1803075. doi:10.1002/adma.201803075. PMID 30216562. 
  36. ^ Wang, Yuchen; Akin, Mert; Qiao, Xiaoyao; Yan, Zhiwei; Zhou, Xiangyang (septembrie 2021). „Greatly enhanced energy density of all‐solid‐state rechargeable battery operating in high humidity environments”. International Journal of Energy Research. 45 (11): 16794–16805. doi:10.1002/er.6928. 
  37. ^ Akin, Mert; Wang, Yuchen; Qiao, Xiaoyao; Yan, Zhiwei; Zhou, Xiangyang (septembrie 2020). „Effect of relative humidity on the reaction kinetics in rubidium silver iodide based all-solid-state battery”. Electrochimica Acta. 355: 136779. doi:10.1016/j.electacta.2020.136779. 
  38. ^ Senevirathne, Keerthi; Day, Cynthia S.; Gross, Michael D.; Lachgar, Abdessadek; Holzwarth, N.A.W. (februarie 2013). „A new crystalline LiPON electrolyte: Synthesis, properties, and electronic structure”. Solid State Ionics. 233: 95–101. doi:10.1016/j.ssi.2012.12.013. 
  39. ^ Mizuno, F.; Hayashi, A.; Tadanaga, K.; Tatsumisago, M. (). „New, Highly Ion-Conductive Crystals Precipitated from Li2S-P2S5 Glasses”. Advanced Materials. 17 (7): 918–921. doi:10.1002/adma.200401286. 
  40. ^ Hallinan, Daniel T.; Balsara, Nitash P. (iulie 2013). „Polymer Electrolytes”. Annual Review of Materials Research⁠(d). 43 (1): 503–525. Bibcode:2013AnRMS..43..503H. doi:10.1146/annurev-matsci-071312-121705. 
  41. ^ Manuel Stephan, A.; Nahm, K.S. (iulie 2006). „Review on composite polymer electrolytes for lithium batteries”. Polymer. 47 (16): 5952–5964. doi:10.1016/j.polymer.2006.05.069. 
  42. ^ Fenton, D.E.; Parker, J.M.; Wright, P.V. (noiembrie 1973). „Complexes of alkali metal ions with poly(ethylene oxide)”. Polymer. 14 (11): 589. doi:10.1016/0032-3861(73)90146-8. 
  43. ^ Payne, D.R.; Wright, P.V. (mai 1982). „Morphology and ionic conductivity of some lithium ion complexes with poly(ethylene oxide)”. Polymer. 23 (5): 690–693. doi:10.1016/0032-3861(82)90052-0. 
  44. ^ Sun, Bing; Mindemark, Jonas; Edström, Kristina; Brandell, Daniel (septembrie 2014). „Polycarbonate-based solid polymer electrolytes for Li-ion batteries”. Solid State Ionics. 262: 738–742. doi:10.1016/j.ssi.2013.08.014. 
  45. ^ Webb, Michael A.; Jung, Yukyung; Pesko, Danielle M.; Savoie, Brett M.; Yamamoto, Umi; Coates, Geoffrey W.; Balsara, Nitash P.; Wang, Zhen-Gang; Miller, Thomas F. (). „Systematic Computational and Experimental Investigation of Lithium-Ion Transport Mechanisms in Polyester-Based Polymer Electrolytes”. ACS Central Science. 1 (4): 198–205. doi:10.1021/acscentsci.5b00195. PMC 4827473 Accesibil gratuit. PMID 27162971. 
  46. ^ Hu, Pu; Chai, Jingchao; Duan, Yulong; Liu, Zhihong; Cui, Guanglei; Chen, Liquan (). „Progress in nitrile-based polymer electrolytes for high performance lithium batteries”. Journal of Materials Chemistry A. 4 (26): 10070–10083. doi:10.1039/C6TA02907H. 
  47. ^ Mindemark, Jonas; Sun, Bing; Törmä, Erik; Brandell, Daniel (decembrie 2015). „High-performance solid polymer electrolytes for lithium batteries operational at ambient temperature”. Journal of Power Sources. 298: 166–170. Bibcode:2015JPS...298..166M. doi:10.1016/j.jpowsour.2015.08.035. 
  48. ^ Zhang, Lei; Wang, Shi; Li, Jingyu; Liu, Xu; Chen, Pingping; Zhao, Tong; Zhang, Liaoyun (). „A nitrogen-containing all-solid-state hyperbranched polymer electrolyte for superior performance lithium batteries”. Journal of Materials Chemistry A. 7 (12): 6801–6808. doi:10.1039/C9TA00180H. 
  49. ^ Wang, Qinglei; Zhang, Huanrui; Cui, Zili; Zhou, Qian; Shangguan, Xuehui; Tian, Songwei; Zhou, Xinhong; Cui, Guanglei (decembrie 2019). „Siloxane-based polymer electrolytes for solid-state lithium batteries”. Energy Storage Materials. 23: 466–490. doi:10.1016/j.ensm.2019.04.016. 
  50. ^ Rohan, Rupesh; Pareek, Kapil; Chen, Zhongxin; Cai, Weiwei; Zhang, Yunfeng; Xu, Guodong; Gao, Zhiqiang; Cheng, Hansong (). „A high performance polysiloxane-based single ion conducting polymeric electrolyte membrane for application in lithium ion batteries”. Journal of Materials Chemistry A. 3 (40): 20267–20276. doi:10.1039/c5ta02628h. 
  51. ^ Jacob, M (). „Effect of PEO addition on the electrolytic and thermal properties of PVDF-LiClO4 polymer electrolytes”. Solid State Ionics. 104 (3–4): 267–276. doi:10.1016/S0167-2738(97)00422-0. 
  52. ^ Liu, Bo; Huang, Yun; Cao, Haijun; Song, Amin; Lin, Yuanhua; Wang, Mingshan; Li, Xing (). „A high-performance and environment-friendly gel polymer electrolyte for lithium ion battery based on composited lignin membrane”. Journal of Solid State Electrochemistry. 22 (3): 807–816. doi:10.1007/s10008-017-3814-x. 
  53. ^ Yahya, M.Z.A.; Arof, A.K. (mai 2003). „Effect of oleic acid plasticizer on chitosan–lithium acetate solid polymer electrolytes”. European Polymer Journal. 39 (5): 897–902. doi:10.1016/S0014-3057(02)00355-5. 
  54. ^ Zhao, Lingzhu; Fu, Jingchuan; Du, Zhi; Jia, Xiaobo; Qu, Yanyu; Yu, Feng; Du, Jie; Chen, Yong (ianuarie 2020). „High-strength and flexible cellulose/PEG based gel polymer electrolyte with high performance for lithium ion batteries”. Journal of Membrane Science. 593: 117428. doi:10.1016/j.memsci.2019.117428. 
  55. ^ Berthier, C.; Gorecki, W.; Minier, M.; Armand, M.B.; Chabagno, J.M.; Rigaud, P. (septembrie 1983). „Microscopic investigation of ionic conductivity in alkali metal salts-poly(ethylene oxide) adducts”. Solid State Ionics. 11 (1): 91–95. doi:10.1016/0167-2738(83)90068-1. 
  56. ^ Lin, Dingchang; Liu, Wei; Liu, Yayuan; Lee, Hye Ryoung; Hsu, Po-Chun; Liu, Kai; Cui, Yi (decembrie 2015). „High Ionic Conductivity of Composite Solid Polymer Electrolyte via In Situ Synthesis of Monodispersed SiO Nanospheres in Poly(ethylene oxide)”. Nano Letters. 16 (1): 459–465. doi:10.1021/acs.nanolett.5b04117. PMID 26595277. 
  57. ^ Kumar, B (). „Polymer ceramic composite electrolytes: conductivity and thermal history effects”. Solid State Ionics. 124 (3–4): 239–254. doi:10.1016/S0167-2738(99)00148-4. 
  58. ^ Kumar, Binod; Scanlon, Lawrence; Marsh, Richard; Mason, Rachel; Higgins, Robert; Baldwin, Richard (martie 2001). „Structural evolution and conductivity of PEO:LiBF4–MgO composite electrolytes”. Electrochimica Acta. 46 (10–11): 1515–1521. doi:10.1016/S0013-4686(00)00747-7. 
  59. ^ Liang, Xinghua; Han, Di; Wang, Yunting; Lan, Lingxiao; Mao, Jie (). „Preparation and performance study of a PVDF–LATP ceramic composite polymer electrolyte membrane for solid-state batteries”. RSC Advances. 8 (71): 40498–40504. Bibcode:2018RSCAd...840498L. doi:10.1039/C8RA08436J. PMC 9091465 Accesibil gratuit. PMID 35557886 Verificați valoarea |pmid= (ajutor). 
  60. ^ Keller, Marlou; Appetecchi, Giovanni Battista; Kim, Guk-Tae; Sharova, Varvara; Schneider, Meike; Schuhmacher, Jörg; Roters, Andreas; Passerini, Stefano (iunie 2017). „Electrochemical performance of a solvent-free hybrid ceramic-polymer electrolyte based on Li 7 La 3 Zr 2 O 12 in P(EO) 15 LiTFSI”. Journal of Power Sources. 353: 287–297. Bibcode:2017JPS...353..287K. doi:10.1016/j.jpowsour.2017.04.014. 
  61. ^ Chen, Long; Li, Yutao; Li, Shuai-Peng; Fan, Li-Zhen; Nan, Ce-Wen; Goodenough, John B. (aprilie 2018). „PEO/garnet composite electrolytes for solid-state lithium batteries: From "ceramic-in-polymer" to "polymer-in-ceramic"”. Nano Energy. 46: 176–184. doi:10.1016/j.nanoen.2017.12.037. 
  62. ^ Bouchet, Renaud; Maria, Sébastien; Meziane, Rachid; Aboulaich, Abdelmaula; Lienafa, Livie; Bonnet, Jean-Pierre; Phan, Trang N. T.; Bertin, Denis; Gigmes, Didier (). „Single-ion BAB triblock copolymers as highly efficient electrolytes for lithium-metal batteries”. Nature Materials. 12 (5): 452–457. Bibcode:2013NatMa..12..452B. doi:10.1038/nmat3602. PMID 23542871. 
  63. ^ Zhang, Yuhang; Lu, Wei; Cong, Lina; Liu, Jia; Sun, Liqun; Mauger, Alain; Julien, Christian M.; Xie, Haiming; Liu, Jun (aprilie 2019). „Cross-linking network based on Poly(ethylene oxide): Solid polymer electrolyte for room temperature lithium battery” (PDF). Journal of Power Sources. 420: 63–72. Bibcode:2019JPS...420...63Z. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.02.090. 
  64. ^ Liu, Xiaochen; Ding, Guoliang; Zhou, Xinhong; Li, Shizhen; He, Weisheng; Chai, Jingchao; Pang, Chunguang; Liu, Zhihong; Cui, Guanglei (). „An interpenetrating network poly(diethylene glycol carbonate)-based polymer electrolyte for solid state lithium batteries”. Journal of Materials Chemistry A. 5 (22): 11124–11130. doi:10.1039/C7TA02423A. 
  65. ^ Rajendran, S; Sivakumar, M; Subadevi, R (februarie 2004). „Investigations on the effect of various plasticizers in PVA–PMMA solid polymer blend electrolytes”. Materials Letters. 58 (5): 641–649. doi:10.1016/S0167-577X(03)00585-8. 
  66. ^ a b c Hyun, Woo Jin; Thomas, Cory M.; Hersam, Mark C. (). „Nanocomposite Ionogel Electrolytes for Solid-State Rechargeable Batteries”. Advanced Energy Materials (în engleză). 10 (36): 2002135. doi:10.1002/aenm.202002135. ISSN 1614-6840. 
  67. ^ a b Chen, Nan; Zhang, Haiqin; Li, Li; Chen, Renjie; Guo, Shaojun (aprilie 2018). „Ionogel Electrolytes for High-Performance Lithium Batteries: A Review”. Advanced Energy Materials (în engleză). 8 (12): 1702675. doi:10.1002/aenm.201702675. 
  68. ^ Manuel Stephan, A. (ianuarie 2006). „Review on gel polymer electrolytes for lithium batteries”. European Polymer Journal (în engleză). 42 (1): 21–42. doi:10.1016/j.eurpolymj.2005.09.017. 
  69. ^ a b Tripathi, Alok Kumar (). „Ionic liquid–based solid electrolytes (ionogels) for application in rechargeable lithium battery”. Materials Today Energy (în engleză). 20: 100643. doi:10.1016/j.mtener.2021.100643. 
  70. ^ Liang, Shishuo; Yan, Wenqi; Wu, Xu; Zhang, Yi; Zhu, Yusong; Wang, Hongwei; Wu, Yuping (mai 2018). „Gel polymer electrolytes for lithium ion batteries: Fabrication, characterization and performance”. Solid State Ionics. 318: 2–18. doi:10.1016/j.ssi.2017.12.023. 
  71. ^ Lithium batteries : new materials, developments, and perspectives. Elsevier. . ISBN 9780444899576. 
  72. ^ Watanabe, Masayoshi; Kanba, Motoi; Nagaoka, Katsuro; Shinohara, Isao (noiembrie 1982). „Ionic conductivity of hybrid films based on polyacrylonitrile and their battery application”. Journal of Applied Polymer Science. 27 (11): 4191–4198. doi:10.1002/app.1982.070271110. 
  73. ^ Appetecchi, G.B.; Croce, F.; Scrosati, B. (iunie 1995). „Kinetics and stability of the lithium electrode in poly(methylmethacrylate)-based gel electrolytes”. Electrochimica Acta. 40 (8): 991–997. doi:10.1016/0013-4686(94)00345-2. 
  74. ^ Ahmed, Hawzhin T.; Jalal, Viyan J.; Tahir, Dana A.; Mohamad, Azhin H.; Abdullah, Omed Gh. (decembrie 2019). „Effect of PEG as a plasticizer on the electrical and optical properties of polymer blend electrolyte MC-CH-LiBF4 based films”. Results in Physics. 15: 102735. Bibcode:2019ResPh..1502735A. doi:10.1016/j.rinp.2019.102735. 
  75. ^ Verdier, Nina; Lepage, David; Zidani, Ramzi; Prébé, Arnaud; Aymé-Perrot, David; Pellerin, Christian; Dollé, Mickaël; Rochefort, Dominic (). „Cross-Linked Polyacrylonitrile-Based Elastomer Used as Gel Polymer Electrolyte in Li-Ion Battery”. ACS Applied Energy Materials. 3 (1): 1099–1110. doi:10.1021/acsaem.9b02129. 
  76. ^ Gerbaldi, C.; Nair, J.R.; Meligrana, G.; Bongiovanni, R.; Bodoardo, S.; Penazzi, N. (ianuarie 2010). „UV-curable siloxane-acrylate gel-copolymer electrolytes for lithium-based battery applications”. Electrochimica Acta. 55 (4): 1460–1467. doi:10.1016/j.electacta.2009.05.055. 
  77. ^ Bi, Haitao; Sui, Gang; Yang, Xiaoping (decembrie 2014). „Studies on polymer nanofibre membranes with optimized core–shell structure as outstanding performance skeleton materials in gel polymer electrolytes”. Journal of Power Sources. 267: 309–315. Bibcode:2014JPS...267..309B. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.05.030. 
  78. ^ Lewandowski, Andrzej; Świderska-Mocek, Agnieszka (decembrie 2009). „Ionic liquids as electrolytes for Li-ion batteries—An overview of electrochemical studies”. Journal of Power Sources (în engleză). 194 (2): 601–609. Bibcode:2009JPS...194..601L. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.06.089. 
  79. ^ Osada, Irene; de Vries, Henrik; Scrosati, Bruno; Passerini, Stefano (). „Ionic-Liquid-Based Polymer Electrolytes for Battery Applications”. Angewandte Chemie International Edition (în engleză). 55 (2): 500–513. doi:10.1002/anie.201504971. PMID 26783056. 
  80. ^ a b Pfaffenhuber, C.; Göbel, M.; Popovic, J.; Maier, J. (). „Soggy-sand electrolytes: status and perspectives”. Physical Chemistry Chemical Physics (în engleză). 15 (42): 18318–18335. Bibcode:2013PCCP...1518318P. doi:10.1039/C3CP53124D. ISSN 1463-9084. PMID 24080900. 
  81. ^ Hyun, Woo Jin; de Moraes, Ana C. M.; Lim, Jin-Myoung; Downing, Julia R.; Park, Kyu-Young; Tan, Mark Tian Zhi; Hersam, Mark C. (). „High-Modulus Hexagonal Boron Nitride Nanoplatelet Gel Electrolytes for Solid-State Rechargeable Lithium-Ion Batteries”. ACS Nano (în engleză). 13 (8): 9664–9672. doi:10.1021/acsnano.9b04989. ISSN 1936-0851. PMID 31318524. 
  82. ^ Kim, Donggun; Liu, Xin; Yu, Baozhi; Mateti, Srikanth; O'Dell, Luke A.; Rong, Qiangzhou; Chen, Ying (Ian) (aprilie 2020). „Amine‐Functionalized Boron Nitride Nanosheets: A New Functional Additive for Robust, Flexible Ion Gel Electrolyte with High Lithium‐Ion Transference Number”. Advanced Functional Materials (în engleză). 30 (15): 1910813. doi:10.1002/adfm.201910813. ISSN 1616-301X. 
  83. ^ Yuan, Huadong; Nai, Jianwei; Tian, He; Ju, Zhijin; Zhang, Wenkui; Liu, Yujing; Tao, Xinyong; Lou, Xiong Wen (David) (). „An ultrastable lithium metal anode enabled by designed metal fluoride spansules”. Science Advances. 6 (10): eaaz3112. Bibcode:2020SciA....6.3112Y. doi:10.1126/sciadv.aaz3112. PMC 7060059 Accesibil gratuit. PMID 32181364. 
  84. ^ Li, Linlin; Li, Siyuan; Lu, Yingying (). „Suppression of dendritic lithium growth in lithium metal-based batteries”. Chemical Communications. 54 (50): 6648–6661. doi:10.1039/C8CC02280A. PMID 29796542. 
  85. ^ Long, Canghai; Li, Libo; Zhai, Mo; Shan, Yuhang (noiembrie 2019). „Facile preparation and electrochemistry performance of quasi solid-state polymer lithium–sulfur battery with high-safety and weak shuttle effect”. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 134: 255–261. Bibcode:2019JPCS..134..255L. doi:10.1016/j.jpcs.2019.06.017. 

Vezi și

[modificare | modificare sursă]

Legături externe

[modificare | modificare sursă]
Adus de la https://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Electrolit_în_stare_solidă&oldid=16438147