ES2352492B2 - Batería transparente secundaria de ión litio. - Google Patents
Batería transparente secundaria de ión litio. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2352492B2 ES2352492B2 ES200901267A ES200901267A ES2352492B2 ES 2352492 B2 ES2352492 B2 ES 2352492B2 ES 200901267 A ES200901267 A ES 200901267A ES 200901267 A ES200901267 A ES 200901267A ES 2352492 B2 ES2352492 B2 ES 2352492B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- transparent
- battery
- application
- battery according
- date
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 9
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910002986 Li4Ti5O12 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims 4
- 229910000552 LiCF3SO3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 claims 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 15
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910010584 LiFeO2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010531 LiFe5O8 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 nano fi bers Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 235000003197 Byrsonima crassifolia Nutrition 0.000 description 1
- 240000001546 Byrsonima crassifolia Species 0.000 description 1
- 229910009731 Li2FeSiO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011304 Li3V2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003005 LiNiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002097 Lithium manganese(III,IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003660 carbonate based solvent Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004383 yellowing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Batería transparente secundaria de ión litio.#La invención propone una batería transparente secundaria de ión litio que comprende un primer soporte transparente (1), un primer conductor electrónico transparente (2), un electrodo negativo transparente (3), un electrodo positivo transparente (5), un electrolito de ión litio sólido (4) entre el electrodo negativo (3) y el electrodo positivo (5), un segundo conductor transparente (2), y un segundo soporte transparente (1). Esta batería tiene como ventaja la posibilidad de ser obtenida en grandes superficies. Además, su transparencia a la luz solar y visible y el hecho de que puede ser fabricada directamente sobre soportes transparentes (vidrios o polímeros) hace que pueda ser integrada en superficies acristaladas de edificios, y combinada con células solares para ser utilizada en sistemas de ahorro y suficiencia energética en edificios, incluida la iluminación.
Description
Batería transparente secundaria de ión litio.
Sector de la técnica
La presente invención se enmarca en el campo de las baterías secundarias de ión litio. Más en particular,la presente invención ofrece un nuevo tipo de batería secundaria de ión litio de lámina delgada, transparenteyelectrolito polimérico sólido, que puede serfabricada mediante técnicas de bajo costeypresenta efecto de baja emisividad térmica (low-e).
Estado de la técnica
La necesidad de conseguir edificios autosuficientes energéticamente conduce por un lado al aprovechamiento energéticodelaluz solar incidente sobrelas superficies acristaladasde edificios, mediantesu conversiónen energía eléctrica,yporotro,ypor necesidadesde confort térmicoyahorroenergético,aregularlosflujos energéticosatravésdelas mismas. Lascélulas fotovoltaicasdelámina delgada cumplen conla primera misiónylos vidriosde baja emisividad térmica(low-e)junto con los dispositivos electrocrómicos con la segunda.
Los recubrimientos de baja emisividad térmica con transparencia en el visible, nominalmente espejos infrarrojos (heat mirrors), tienen interésya que reducenla radiación térmicaa travésdeventanasysuperficies acristaladas. Este tipo de recubrimientos está generalmente formado por multicapas dieléctrico-metal-dieléctrico,y son ampliamente usadas en el control térmico de edificios. En general consisten de capas delgadas de Ag que se sitúan entre capas dieléctricas.Capasde óxidosysulfuros transparentes comoTiO2,SnO2,ZnO,ZnS,hansido utilizadosenestetipode estructuras para producir espejos infrarrojos, por ejemplo multicapas como(TiO2/Ag/TiO2)nó(SnO2/Ag/SnO2)n.
Las baterías de ión litio son uno de los tipos de baterías secundarias más empleadas en la electrónica de consu-mo.En éstas,alno ocurrirel “efecto memoria”,sefacilitael rendimientodel procesode recarga,exhiben unamejor ciclabilidad del procesode cargaydescarga,ydesarrollan elevadosvaloresde energía.El mercado multimillonario de estos dispositivosha hecho que se intensifiquelainvestigación sobre este tipode baterías dirigidaa mejorarla razón energía/peso, asícomo su seguridad.La primera batería recargablede ión litio fue comercializada porSony en 1991. Desde entonces, la investigación desarrollada en esta área ha sido muy extensa. Hoy en día se centra en la búsqueda de nuevos electrodos (tanto positivos como negativos) que, además de desarrollar elevados valores de capacidad específica, no presenten problemas de seguridad al reaccionar con los iones litio a voltajes extremos y que puedan ser recargados rápidamente. En estos trabajos, se han propuesto numerosos compuestos inorgánicos para la configuración de dichos electrodos (electrodos positivos: LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4,TiO2; electrodos negativos: grafito, SnO2, Li4Ti5O12, CuO, Si, Sn, entre otros). La solicitud de patente JP 2006216336 describe una batería con óxidosLi-M-0, dondeM =Ti,Mn,Co,Ni,o sus mezclas;óM-O, dondeM=Ti,Nb,Zn,In,óSncomo electrodos. En cuanto a la morfología, se han abierto paso los electrodos configurados por nanopartículas, nanofibras, nanotubosycombinacionesde estas morfologías. Recientementesehamejorado ostensiblementeel rendimientoelectroquímicode dichasbaterías cuando se preparan en forma nanométricayademás se controla su morfologíade forma específica.
También se han propuesto diseños en tres dimensiones, que deberían sustituir en un futuro a los diseños actuales en dos dimensiones, o capas superpuestas. En estas arquitecturas tridimensionales, las fibras, nanofibras o nanotubos, configurarían un electrodo, mientras que el contraelectrodo se constituiría por el material que ocupa los huecos.
Otro punto de atención importante es el desarrollo de nuevos electrolitos que aumenten la seguridad de la batería. Enla actualidad,las baterías comerciales utilizanensu mayoría electrolitos líquidos,quealosvoltajesextremosquese alcanzan durante las operaciones de carga/recarga, se descomponen parcialmente originando componentes orgánicos de cierta inflamabilidad. En este sentido, el desarrollo tecnológico va imponiendo la utilización de electrolitos sólidos poliméricos. Las baterías poliméricas son más ligerasyofrecen un diseño, tipo laminar, más seguro. No obstante la estabilización de la interfase electrodo/electrolito sigue siendo un problema.
Actualmente están reconocidas las ventajas que los conductores poliméricos iónicos proporcionan en relación al buen contacto entre electrolito/electrodo. En los electrolitos poliméricos sólidos y “secos”, el polímero se emplea como un disolvente sólido de una sal de litio,y no contiene ningún tipo de líquido orgánico, como sucede con la generación anterior de baterías de litio. Sin embargo la baja conductividad iónica que generalmente presentan estos polímeros secos es un inconveniente a superar. Polímeros con frecuencia utilizados son el óxido de polietileno (PEO), y poliacrilnitrilo, disolventes basados en carbonatas (EC, PC)y sus mezclas (DME/EC/PC, DEC/EC/PC), DMSO, compuestos orgánicos sulfurados, THF, etc. Como salesse emplea habitualmenteLiPF6, LiClO4, LiCF3SO3óLi(TF-Si). Estos electrolitos poliméricos muestran conductividades deLi+ normalmente en el rango de 10−4a 10−7S·cm−1, a temperatura ambiente. Hoy en día se está investigando la utilización de nuevas generaciones de polímeros conductores. Otra alternativa para mejorar las propiedades morfológicasyelectroquímicasde los electrolitos poliméricos es la introducción de aditivos cerámicos(fillers). Con estos aditivos cerámicos se pretende mejorarla conductividad del polímero que los contiene por medio de un incremento del grado de amorfo del mismo.
La preparación de baterías transparentes de ión litio permitiría, mediante su inclusión en células fotovoltaicas, almacenary regularla energía obtenidadela luz solar incidente sobre lasventanasosuperficies transparentes, consiguiéndoseunamayor autosuficienciaenergéticaen edificiosydispositivos.Porotraparte,la aplicaciónagranescala de este tipode baterías transparentes necesitade métodos sencillosyde bajo coste para sufabricación.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la presente invención es resolver los problemas técnicos descritos anteriormente. Para ello, la invención propone una batería transparente secundaria de ión litio que comprende un primer soporte transparente, un primer conductor electrónico transparente, un electrodo negativo transparente, un electrodo positivo transparente, un electrolito de ion litio sólido entre el electrodo negativoyel electrodo positivo, un segundo conductor transparente, unsegundo soporte transparente.El electrodonegativoes,preferentemente,deAgóLi4Ti5O12.El electrodopositivo comprende óxido LiFeO2 ó LiFe5O8 (o sus mezclas) dopado con Ag. El electrolito comprende preferentemente un polímero conductor iónico PVP (polivinil pilorridona)y una salde litio. Los conductores transparentes son preferentemente ITO, SnO2+F, ZnO+AlóZnO+Ga. La invención comprende también un procedimiento defabricación de la bateríaenelquelas distintascapas constituyentes transparentesse depositan sobrelos soportes transparentes mediantetécnicas de spray pirólisisy dip-coating, o, alternativamente, mediante sputtering u otras técnicas de obtención de láminas delgadas.
La batería objeto de la invención puede integrarse con una célula solar de lámina delgada, cuya conexión quedaría reguladapor circuito impresoydelqueasuvezsepuedederivar conexióna sistemasde iluminaciónexternatipoLED u OLED, sistemasdeiluminación que alternativamente pueden integrarse en formade lámina delgada sobreel propio tándem batería-célula fotovoltaica, e incluso directamente sobre la batería.
La batería secundariadeiónlitioobjetodelainvencióntienecomoventajala posibilidaddeser obtenidaengrandes superficies. Además,su transparencia alaluz solary visible,y el hechodequepuede serfabricada directamente sobre soportes transparentes (vidriosopolímeros), permite su integración en superficies acristaladasde edificios,y combinada con células solarespara ser utilizadaen sistemasdeahorroysuficiencia energéticaen edificios, incluidala iluminación, como fuenteexternapara sistemasLEDuOLED,o mediantelaintegracióndelos sistemasLEDuOLED como multicapas delgadas en el tándem (sistema LED u OLED + batería de ión litio + célula solar fotovoltaica de lámina fina). Característicode esta bateríaessu comportamientodebaja emisividad térmica, representandounvalor añadidoparasuempleoenelconfort térmicoenla edificación.Juntoo alternativamenteasuefectodebajaemisividad térmica, puede potenciarse su efecto electrocrómico. La batería objeto de la invención es también susceptible de ser usadaenotrotipodedispositivosdemenorárea,comopuedenserdispositivos electrónicosdeconsumo,techossolares devehículos,o allí dondese necesitede una bateríadelgaday/ose requiera transparenciaenel espectro solaro visible.
Descripción de los dibujos
Conobjetodeayudaraunamejorcomprensióndelapresentedescripción,yde acuerdoconunejemplo preferente de realización prácticadelainvención, se adjuntan las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativoy no limitativo:
Figura 1.-Esquema de sistema integrado en vidrio de batería en lámina delgadaycélula fotovoltaica en capa fina transparente conectadoa sistemade iluminaciónde bajo consumo LEDuOLED mediante circuito impreso,(a) muestra una batería según la invención, que comprende los siguientes componentes: vidrio o polímero transparente (1); conductor transparente (2), electrodo negativo (3); electrolito (4), electrodo positivo (5). (b) es elconductor transparente común para la bateríaypara la célula fotovoltaica. (c) muestra un bloque de célula fotovoltaica de capa fina transparente,capap(6),capan(7).(d)muestrael conjunto formadopor bateríamás célulafotovoltaica.(e) muestra un bloque con circuitoreguladorde corrientey conexióna dispositivode iluminaciónde bajo consumo(f) (LEDu OLED).
Figura2.-Componentesdela bateríaobjetodelainvenciónyunejemplodesuintegraciónenventanasosuperficies acristaladasde edificios:dos láminas transparentesde vidrioodepolímero(1); una láminade conductor electrónico transparente(2), sobrelaquese depositaun electrodonegativo(3);un electrolito conductor iónico sólido, PVP+salde Li (4); un electrodo positivo transparente (5); un conductor electrónico transparente (2);yun soporte transparente(1).
Figura3.-Curvasdecargaydescargadeuna bateríaobjetodelainvención compuestaporITO/LiFeO2-Ag/PVP-Li/Ag/ITO enel rangode0.0-1.9V.(a) Ciclos número1,50y200de carga-descarga frenteavoltaje,(b) Porcentaje de retencióndela capacidadinicial suministrada porla batería.
Figura 4.-Ciclos de carga descarga frente a voltaje de una batería de acuerdo con la invención.
Figura 5.-Espectro de transmisión de una batería objeto de la invención compuesta por vidrio/TOC/electrodo negativo/electrolito/electrodo positivo/TOC/vidrio, junto conel espectro solar AM1.5yla curvade eficiencia visual.
Figura 6.-Espectros de transmisión del electrolito polimérico (PVP+ sal de Li)yel electrodo positivo (LiFeO2) soportados sobre vidrio, así como el espectro de transmisión del vidrio.
Modos de realización de la invención
Las aplicaciones de la batería objeto de la invención se basan tanto en su composición como en el hecho de que resulta transparentealaluz solaryvisible,loquepermitesuintegraciónen superficies acristaladas (entiéndase vidrio o poliméricas), o en cualquier otra superficie o dispositivo en el que se valore su diseño en lámina delgada, yla capacidad de transmitir luz visible junto con el almacenamiento eléctrico.Tiene también comportamiento como espejo infrarrojoypuedeserfabricada mediante técnicasde láminadelgada atmosféricasdebajo coste(spray pirólisis ydip-coating)yobtenida en grandes superficies,ypotencialmente puede presentar efecto electrocrómico mediantela modificación del ánodo. Adicionalmente, se puede emplear en la integración con un dispositivo laminar fotovoltaico (de lámina delgada) mediante la superposición de láminas de los elementos constituyentes de la batería de ión litio, todo ello integrado en superficies acristaladas. Ello incluye la posibilidad de integrar a su vez sistemas LED u OLED, para constituir un sistema completode captación solar, almacenamiento eléctrico e iluminación, autosuficiente.En la figura1 se representan tanto los componentes de la batería propiamente dicha como su integración con una célula voltaicay con un sistemade iluminaciónde bajo consumo.
Se ha obtenido mediante un método sencillo de preparación, un conjunto de material electródico negativo (3), electrodo positivo (5),y electrolito polimérico sólido (4), transparentes,y el conjunto de los tres elementos (electrodo negativo, electrolito, electrodo positivo) exhibe un comportamiento electroquímico óptimo de alto rendimiento como sistemade almacenamientode energía,yquefunciona como dispositivode baja emisividad térmica,yque además puede operar en atmósfera ambiental sin necesidad de recubrimientos externos protectores. Estas características peculiares se consiguen gracias a:
i) la utilización de un electrolito (4) cuyo funcionamiento electroquímico tolera cierto grado de humedad,
ii) la utilización del óxido LiFeO2 como electrodo positivo transparente (5) cuyo comportamiento electroquímico óptimose consigue graciasa su preparación enformade lámina delgadaynanométrica,yademás conla presenciadeAg como conductor electrónico,y
iii) la utilizacióndeAg como electrodo negativo (3), transparente en formade lámina delgada.
Los constituyentes de la batería objeto de la invención se muestran en la figura 2, en la que se muestra una realización preferente de la invención. El electrodo negativo(3) se deposita sobre la lámina de conductor electrónico transparente (2) mediante técnicas de lámina delgada (específicamente dip-coating yspray pirólisis; pero pudiendo obtenerse por sputtering, u otras técnicas de obtención de láminas delgadas). Por las mismas técnicas de lámina delgadase depositaun electrodo positivo transparente(5),yde nuevoun conductor electrónico transparente(2)y un soporte transparente(1). Electrodonegativo(3)yelectrodo positivo(5) tienen espesoresenel rangodela centenade nanómetros, mientras queel electrolito (4),yel total del espesorde las5capas,lo tiene enel rangodela miera.
El conductor electrónico transparente (2) es escogido del grupo ITO, SnO2+F, ZnO+Al, ZnO+Ga. En el caso de usarse ITO, el mismo puede adquirirse comercialmente (vidrio con ITO depositado), o ser obtenido mediante sputtering tanto sobre vidrio como sobre polímeros. Alternativamente, estos óxidos conductores transparentes (ITO, SnO2+F, ZnO+Al, ZnO+Ga) pueden obtenerse mediante spray pirólisis.
El electrodo negativo transparente (3) comprende preferentemente Ag, ya que ésta proporciona una baja emisividad térmicaal conjunto. AdemásdeAgen láminadelgada, pueden emplearse como materialde electrodonegativo(3) compuestos transparentesque reaccionenabajosvaloresdepotencialconlosioneslitio,comoporejemploLi4Ti5O12, loquemejora significativamentelosvaloresde transmisiónenel visibledelabatería, aunquesuusopuede suponerla pérdida del efecto de baja emisividad térmica. Por sus coloraciones claras, los óxidos de metales lantánidos son candidatosa ser utilizados como materialestransparentes, como por ejemplo CeO2yLa2O3.Otro candidato esel carbono, pues es conocida la preparación de láminas delgadas translúcidas de nanotubos de carbono. Si se desea un efecto electrocrómico puede emplearse como electrodo negativo (3) compuestos de conocido carácter fotoelectroquímico como son los óxidosde MoO3yWO3.
El electrodo positivo transparente (5) es preferentemente un compuesto de LiFeO2 +Ag. Se pueden emplear otros cátodos(5) comoel LiFe5O8,o mezclasde LiFeO2yLiFe5O8,yaqueen láminadelgada transmiten suficientemente enel visible. Otros candidatosa ser utilizados como materiales transparentes sonelLi2FeSiO4yelLi3V2(PO4)3,así comocualquierotro silicatoofosfatodelitioymetalde transicióncoloreado.También,yapartedelos compuestos que recoge la solicitud de patente JP 2006216336, se puede considerar cualquier óxido de litioymetal de transición coloreado,oque preparadoen formade láminadelgada transmita suficienteluz visible. Finalmentese vuelvea aplicar un conductor transparente (2) sobre un segundo soporte transparente (1).
Parte fundamental de la batería motivo de la invención es su electrolito polimérico sólido (4). Se trata de un polímero conductor iónicoy aislante electrónico, preferentementePVP+saldeLi(por ejemplo, LiPO4)obtenido mediante técnica de dip-coating, que se comporta como conductor iónicoy no como conductor electrónico,ycuyos valores de conductividad en función de la temperatura son los siguientes:
Un prototipo de la batería objeto de la invención compuesta por ITO/LiFeO2-Ag/PVP-Li/Ag/ITOha mostrado una gran capacidad de recarga, ya que esta se mantiene prácticamente constante durante los test de ciclabilidad (figura 3). En la figura3(a) puede comprobarse así mismo como estos ciclos son idénticos después de doscientos ciclos de carga/descarga, lo que indica la gran estabilidad de los procesos electroquímicos que acontecen en la batería, que prácticamente no se alteratras un elevado númerode ciclos.
Porotrolado,yen confirmacióndelasbuenas prestaciones electroquímicasdeesta batería,lafigura3(b) muestrala evolución de los valores retención de capacidad específica (en porcentaje) respecto a la capacidad inicial suministrada por la batería. Se puede observar que la batería mantiene un suministro constante de energía durante los primeros 50 ciclos,yquetansóloexisteunapérdidadeldiezporcientodelamismaal finalizarlos doscientosprimeros ciclos.Por tanto,la batería muestra unaexcelente eficiencia energética durante las operacionesde carga/descarga.Losvalores devoltaje [figura3(a), figura4]delas curvasde carga/descargadela batería muestranquese tratade una bateríade prácticamente2voltios (0,0-1.9voltios).
La bateríaobjetodelainvenciónha mostradounabuena transmisión tantoenel visible comoentodoelespectro solar.La batería cuyo espectrode transmisión seha representado juntoael espectro solar AM1.5 (ASTMG 173) yla curvade eficiencia visual (figura5)yque correspondeal mismo prototipo parael que se han representadolos valores electroquímicos antes comentados, presenta una transmisión en el visible (iluminante D65), del 50%, siendo el electrodo negativo el elemento de la batería que más condiciona esta transmitancia, lo que puede comprobarse comparandola transmitanciadela batería (figura5), conlos espectrosde transmitanciadel electrolito(4)(PVP+ sal de Li)ydel electrodo positivo (5) (LiFeO2)(figura 6), ambos sobre vidrio.
La batería presenta una ligera coloración amarillenta en la luz transmitida (coordenadas colorimétricas CIELAB L*=76, a*=l,2, b*=9,4) debidafundamentalmenteal cátodo(5) (L*=89, a*=0,5, b*=15).
El efecto de baja emisividad térmica se pone de manifiesto por la nula transmitancia que presenta en el IR (transmisióna longitudes superioresalos2500nm),conlocual superficies vidriadasquecontenganestabatería permitirían la entrada de la energía solar, pero no la salida de la radiación IR de mayor longitud de onda.
Claims (12)
- REIVINDICACIONES1. Batería transparente secundaria de ión litio que comprende:
- a.
- un primer soporte transparente (1),
- b.
- un primer conductor electrónico transparente (2),
- c.
- un electrodo negativo transparente (3),
- d.
- un electrolitodeion litio sólido(4) entreel electrodonegativo(3)yel electrodopositivo(5),
- e.
- un electrodo positivo transparente (5),
- f.
- un segundo conductor transparente (2),
g. un segundo soporte transparente (1); caracterizada en queel electrolito(4) comprende un polímero conductor iónico PVPy una salde litio. - 2. Batería según la reivindicación anterior, caracterizada porque el electrodo negativo (3) es Ag.
-
- 3.
- Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque el electrodo negativo (3) es un compuesto transparente que reacciona a bajos valores de potencial con los iones litio.
- 4. Batería según la reivindicación anterior, caracterizada porque el electrodo negativo (3) es Li4Ti5O12.
-
- 5.
- Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el electrodo positivo (5) comprende óxido LiFeO2óLiFe5O8(o sus mezclas) dopado conAg.
-
- 6.
- Batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el electrodo positivo (5) es Li2FeSiO4óLi3V2(PO4)3.
- 7. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductores transparentes(2) comprenden un materialescogido del grupode los conductores transparentesITO,SnO2+F, ZnO+Al, ZnO+Ga.
-
- 8.
- Batería según cualquiera del las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la sal de litio es uno de los compuestos del grupo LiPF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(TFSi)óLiPO4.
-
- 9.
- Procedimiento defabricación de una batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las distintas capas transparentes se depositan sobre los soportes transparentes mediante técnica de spray pirólisisy dip-coating.
-
- 10.
- Procedimientodefabricaciónde una batería según cualquierade las reivindicaciones1 a8, caracterizado porque las distintas capastransparentes se depositan sobre los soportes transparentes mediante técnicade sputtering.
- 11.Sistemaquecomprendeunabateríasegúncualquieradelasreivindicaciones anterioresyunacélulafotovoltaica de capa fina transparente (c) transparentes y/o un sistema LED u OLED de iluminación (f).OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 200901267ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 22.05.2009Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : Ver Hoja AdicionalDOCUMENTOS RELEVANTES
- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- A A A
- EP 1777761 A2 (SAMSUNG SDI CO LTD) 25.04.2007, párrafos [0009],[0010]. WO 9828812 A1 (DANIONICS AS et al.) 02.07.1998, reivindicaciones 1,13. WO 0189023 A1 (KOREA INST SCI & TECH et al.) 22.11.2001, reivindicaciones 7,8. 1-11 1-11 1-11
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 02.02.2011
- Examinador M. Bautista Sanz Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200901267CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD H01M10/056 (01.01.2010)H01M10/052 (01.01.2010) H01M10/0585 (01.01.2010) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)H01MBases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, HCAPLUSInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200901267Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 02.02.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009012671. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Doc.
- Número Publicación o Identificación Fecha Pub.
- D01
- EP 1777761 A2 25.04.2007
- D02
- WO 9828812 A1 02.07.1998
- D03
- WO 0189023 A1 22.11.2001
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl objeto de la invención es una batería transparente secundaria de ión litio, su procedimiento de fabricación y el sistema formado por dicha batería acoplada a una célula fotovoltaica o dispositivos LED u OLED.Los documentos citados como estado de la técnica (D01-D03) divulgan baterías secundarías de ión litio con electrolitos poliméricos o separadores que contienen el electrolito polimérico formados por una sal de litio y el polímero polivinilpirrolidona (PVP) (Ver D01: [0009], [0010]; D02: reivindicaciones 1 y 13; D03: reivindicaciones 7 y 8).Ninguno de estos documentos divulga, ni contiene sugerencia alguna que dirijan a un experto en la materia a desarrollar una batería con un electrolito de PVP/sal de litio formada por un sistema multicapa de elementos transparentes (soportes, electrodos y electrolito) que permita su inclusión en células fotovoltaicas, con el fin de almacenar la energía obtenida de la luz solar incidente sobre las ventanas o superficies transparentes de los edificios, lo que da como resultado la autosuficiencia energética de los mismos.Por lo tanto, la invención definida en las reivindicaciones 1 a 11 cumplen con los requisitos de novedad, actividad inventiva (Arts. 6.1. y 8.1. de la ley de patentes 11/1986).Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901267A ES2352492B2 (es) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | Batería transparente secundaria de ión litio. |
| PCT/ES2010/000227 WO2010133735A2 (es) | 2009-05-22 | 2010-05-21 | Batería transparente secundaria de ion litio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901267A ES2352492B2 (es) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | Batería transparente secundaria de ión litio. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2352492A1 ES2352492A1 (es) | 2011-02-21 |
| ES2352492B2 true ES2352492B2 (es) | 2011-11-18 |
Family
ID=43126586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200901267A Active ES2352492B2 (es) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | Batería transparente secundaria de ión litio. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2352492B2 (es) |
| WO (1) | WO2010133735A2 (es) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8956757B2 (en) * | 2011-07-20 | 2015-02-17 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Transparent electrochemical energy storage devices |
| WO2014028001A1 (en) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | Empire Technology Development Llc | Flexible transparent air-metal batteries |
| JP2019102399A (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-24 | 日本電信電話株式会社 | 光透過型電池、その電池を用いたデバイス、及び電池残量の判定方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1246205A (zh) * | 1996-12-20 | 2000-03-01 | 丹尼昂尼克斯公司 | 锂二次电池 |
| WO2001089023A1 (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-22 | Korea Institute Of Science And Technology | A lithium secondary battery comprising a super fine fibrous polymer electrolyte and its fabrication method |
| KR100686848B1 (ko) * | 2005-10-11 | 2007-02-26 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지 |
-
2009
- 2009-05-22 ES ES200901267A patent/ES2352492B2/es active Active
-
2010
- 2010-05-21 WO PCT/ES2010/000227 patent/WO2010133735A2/es active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010133735A3 (es) | 2011-07-14 |
| ES2352492A1 (es) | 2011-02-21 |
| WO2010133735A2 (es) | 2010-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100942477B1 (ko) | 리튬 이온 2차 전지 및 고체 전해질 | |
| JP5002852B2 (ja) | 薄膜固体二次電池 | |
| Wang et al. | Integrated energy storage and electrochromic function in one flexible device: an energy storage smart window | |
| Sakuda et al. | All-solid-state lithium secondary batteries with oxide-coated LiCoO2 electrode and Li2S–P2S5 electrolyte | |
| JP4437890B2 (ja) | 太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池 | |
| EP3093907B1 (en) | Battery cell including hole | |
| CN100502111C (zh) | 用于全固态锂电池的锂硫体系固体电解质材料及制备方法 | |
| JP2009071262A (ja) | 光エネルギーによる自家充電式二次電池 | |
| CN105720321B (zh) | 一种全固态电池热辐射保温系统及其组装方法 | |
| ES2352492B2 (es) | Batería transparente secundaria de ión litio. | |
| Otoyama et al. | Sulfide electrolyte suppressing side reactions in composite positive electrodes for all-solid-state lithium batteries | |
| WO2017056326A1 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
| Sandbaumhüter et al. | Compatibility study towards monolithic self-charging power unit based on all-solid thin-film solar module and battery | |
| Rahardian et al. | Review of solid-state battery technology progress | |
| ATE487241T1 (de) | Lithiumbatterie mit einer externen schicht mit positivem wärmeausdehnungskoeffizienten | |
| CN110112410A (zh) | 一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法 | |
| CN100486024C (zh) | 一种用于二次锂电池的锂镧硅硫固体电解质材料及其制备方法 | |
| US20210384547A1 (en) | Light Transmissive Battery and Power Generating Glass | |
| Huang et al. | High energy density, thin-film, rechargeable lithium batteries for marine field operations | |
| JP7132503B2 (ja) | 照明装置 | |
| CN105914348A (zh) | 一种梯度结构包覆的Bi3+,B3+掺杂氟化铜锂电正极材料及其制备方法 | |
| Jiaxin et al. | Research progress of the structural optimization design and electrochemical performances on the Li-rich manganese-based cathode materials. | |
| US20220223909A1 (en) | Phosphorus-free sulfide solid electrolyte | |
| US20230378572A1 (en) | Photo rechargeable electrochemical energy storage device | |
| KR102653690B1 (ko) | 태양전지 배터리 일체형 디바이스 및 그의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2352492 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20111118 |