ES2991388T3 - Celda de batería recargable - Google Patents
Celda de batería recargable Download PDFInfo
- Publication number
- ES2991388T3 ES2991388T3 ES21215533T ES21215533T ES2991388T3 ES 2991388 T3 ES2991388 T3 ES 2991388T3 ES 21215533 T ES21215533 T ES 21215533T ES 21215533 T ES21215533 T ES 21215533T ES 2991388 T3 ES2991388 T3 ES 2991388T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- battery cell
- rechargeable battery
- group
- electrolyte
- sodium
- 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
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 141
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 91
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 85
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 74
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 72
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims abstract description 28
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 21
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 18
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 17
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 17
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 claims abstract description 16
- 239000013522 chelant Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims abstract description 13
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 10
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 claims abstract description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 61
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 57
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 50
- -1 oxides Chemical class 0.000 claims description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 35
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 20
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 15
- 239000011232 storage material Substances 0.000 claims description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 10
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 claims description 10
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 9
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 6
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 5
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical class [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 5
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 claims description 4
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical class [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910016553 CuOx Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910015471 FeFx Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910005432 FeSx Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical class [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910005641 SnSx Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims description 3
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FZGIHSNZYGFUGM-UHFFFAOYSA-L iron(ii) fluoride Chemical class [F-].[F-].[Fe+2] FZGIHSNZYGFUGM-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- WALCGGIJOOWJIN-UHFFFAOYSA-N iron(ii) selenide Chemical class [Se]=[Fe] WALCGGIJOOWJIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 claims description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical class [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910020293 Na2Ti3O7 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910019441 NaTi2(PO4)3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910018318 SbSx Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 claims description 2
- 125000004368 propenyl group Chemical group C(=CC)* 0.000 claims description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims 1
- GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N sodium metatitanate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Ti](=O)O[Ti](=O)O[Ti]([O-])=O GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000006374 C2-C10 alkenyl group Chemical group 0.000 abstract 1
- 125000005865 C2-C10alkynyl group Chemical group 0.000 abstract 1
- SNOOUWRIMMFWNE-UHFFFAOYSA-M sodium;6-[(3,4,5-trimethoxybenzoyl)amino]hexanoate Chemical compound [Na+].COC1=CC(C(=O)NCCCCCC([O-])=O)=CC(OC)=C1OC SNOOUWRIMMFWNE-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 49
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 49
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 20
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 9
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 7
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 7
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000002015 acyclic group Chemical group 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 5
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 159000000000 sodium salts Chemical group 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical group C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- HGBJDVIOLUMVIS-UHFFFAOYSA-N [Co]=O.[Na] Chemical compound [Co]=O.[Na] HGBJDVIOLUMVIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010232 LiAlCU Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910014537 Na0.7CoO2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 3
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 150000003388 sodium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000012453 solvate Substances 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 235000010269 sulphur dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 229920001897 terpolymer Polymers 0.000 description 3
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002548 FeFe Inorganic materials 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021260 NaFe Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Natural products C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001339 alkali metal compounds Chemical group 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 2
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 2
- 125000002029 aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000004697 chelate complex Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 150000001924 cycloalkanes Chemical class 0.000 description 2
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910001463 metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003791 organic solvent mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M sodium perchlorate Chemical compound [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 125000003011 styrenyl group Chemical group [H]\C(*)=C(/[H])C1=C([H])C([H])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000006039 1-hexenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000006023 1-pentenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000006017 1-propenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000530 1-propynyl group Chemical group [H]C([H])([H])C#C* 0.000 description 1
- 125000003229 2-methylhexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001494 2-propynyl group Chemical group [H]C#CC([H])([H])* 0.000 description 1
- KGIGUEBEKRSTEW-UHFFFAOYSA-N 2-vinylpyridine Chemical compound C=CC1=CC=CC=N1 KGIGUEBEKRSTEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 4-ethenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C=CC1COC(=O)O1 BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KFDVPJUYSDEJTH-UHFFFAOYSA-N 4-ethenylpyridine Chemical compound C=CC1=CC=NC=C1 KFDVPJUYSDEJTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K Arsenate3- Chemical compound [O-][As]([O-])([O-])=O DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910017251 AsO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010084 LiAlH4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015667 MoO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004567 Na2CoP2O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004615 Na2MnP2O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004618 Na2MnPO4F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020657 Na3V2(PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020504 Na4Ni3(PO4)2P2O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020828 NaAlH4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019398 NaPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001222 NaVPO4F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015228 Ni1/3Mn1/3CO1/3 Inorganic materials 0.000 description 1
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- ZPSVICXGZVACST-UHFFFAOYSA-L S(=O)(=O)([O-])F.[Fe+2].S(=O)(=O)([O-])F Chemical class S(=O)(=O)([O-])F.[Fe+2].S(=O)(=O)([O-])F ZPSVICXGZVACST-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940000489 arsenate Drugs 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 229940125904 compound 1 Drugs 0.000 description 1
- 125000001995 cyclobutyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000582 cycloheptyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000006547 cyclononyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001559 cyclopropyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C1([H])* 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 235000011180 diphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 125000002541 furyl group Chemical group 0.000 description 1
- LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N gallic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000004491 isohexyl group Chemical group C(CCC(C)C)* 0.000 description 1
- 125000001972 isopentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 239000012280 lithium aluminium hydride Substances 0.000 description 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BECVLEVEVXAFSH-UHFFFAOYSA-K manganese(3+);phosphate Chemical class [Mn+3].[O-]P([O-])([O-])=O BECVLEVEVXAFSH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000003136 n-heptyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001280 n-hexyl group Chemical group C(CCCCC)* 0.000 description 1
- 125000000740 n-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000004123 n-propyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001971 neopentyl group Chemical group [H]C([*])([H])C(C([H])([H])[H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 150000002895 organic esters Chemical class 0.000 description 1
- 229940039748 oxalate Drugs 0.000 description 1
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 description 1
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 description 1
- 125000004309 pyranyl group Chemical group O1C(C=CC=C1)* 0.000 description 1
- 125000004076 pyridyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000168 pyrrolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- ZMZGFIFNFUZGMV-UHFFFAOYSA-N sodium cobalt(2+) manganese(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Na+] ZMZGFIFNFUZGMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNCPFRVNHGOPAG-UHFFFAOYSA-L sodium oxalate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)C([O-])=O ZNCPFRVNHGOPAG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229940039790 sodium oxalate Drugs 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019351 sodium silicates Nutrition 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 201000009032 substance abuse Diseases 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000004291 sulphur dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000008053 sultones Chemical class 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 125000001544 thienyl group Chemical group 0.000 description 1
- AFNRRBXCCXDRPS-UHFFFAOYSA-N tin(ii) sulfide Chemical compound [Sn]=S AFNRRBXCCXDRPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 125000002827 triflate group Chemical group FC(S(=O)(=O)O*)(F)F 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
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
-
- 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
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- 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
- H01M10/0563—Liquid materials, e.g. for Li-SOCl2 cells
-
- 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
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/626—Metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
- H01M4/662—Alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/665—Composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/002—Inorganic electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
- H01M4/5815—Sulfides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
La invención se refiere a una celda de batería recargable (2, 20, 40, 101) que contiene un metal activo, al menos un electrodo positivo (4, 23, 44), al menos un electrodo negativo (5, 22, 45), una carcasa (1, 28, 102) y un electrolito, en donde el metal activo es sodio, y en donde el electrolito está basado en SO2 y contiene al menos una primera sal conductora que tiene la fórmula (I), en donde los sustituyentes R1, R2 y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en un átomo de halógeno, un grupo hidroxi y un grupo químico -OR5; el sustituyente R4 se selecciona del grupo que consiste en un grupo hidroxi y un grupo químico -OR5; el sustituyente R 5 se selecciona del grupo que consiste en alquilo C 1 - C 10 , alquenilo C 2 - C 10 , alquinilo C 2 - C 10 , cicloalquilo C 3 - C 10 , arilo C 6 - C 14 y heteroarilo C 5 - C 14 , donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar no sustituidos o sustituidos; Z es aluminio o boro; y al menos dos de los sustituyentes R 1 , R 2 , R 3 y R 4 juntos pueden formar un ligando quelato que está coordinado a Z. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Celda de batería recargable
La invención se refiere a una celda de batería recargable que comprende sodio como metal activo.
Las celdas de batería recargables tienen gran importancia en muchos ámbitos técnicos. Muchas veces se utilizan para aplicaciones donde solamente se necesitan pequeñas celdas de batería recargables con intensidades de corriente relativamente bajas, como ocurre en el funcionamiento de teléfonos móviles, por ejemplo. No obstante, también existe una gran necesidad de celdas de batería recargables de mayor tamaño para aplicaciones de alta energía, siendo particularmente importante un almacenamiento masivo de energía en forma de celdas de batería para la propulsión eléctrica de vehículos.
Un requisito importante para este tipo de celdas de batería recargables es una elevada densidad de energía. Esto significa que la celda de batería recargable debe contener la mayor cantidad posible de energía eléctrica por unidad de peso y de volumen. Para ello, el litio ha demostrado ser especialmente ventajoso como metal activo. Sin embargo, una desventaja de las celdas de litio son los recursos limitados de litio en la Tierra. Por eso, muchos grupos de investigación en este ámbito intentan encontrar un sustituto del litio como metal activo que tenga, por un lado, las grandes ventajas del litio, pero que al mismo tiempo sea fácilmente accesible y barato. Se está investigando el sodio como un posible sustituto del litio.
Se denomina metal activo de una celda de batería recargable al metal cuyos iones dentro del electrolito migran al electrodo negativo o positivo cuando se carga o se descarga la celda, y participan allí en procesos electroquímicos. Estos procesos electroquímicos conducen directa o indirectamente a la liberación de electrones al circuito de corriente externo o a la aceptación de electrones desde el circuito de corriente externo. Como se ha mencionado más arriba, pueden ser metales activos el litio o el sodio. A las celdas de batería recargables que contienen litio o sodio como metal activo se las denomina también, respectivamente, celdas de iones de litio o celdas de iones de sodio. Las celdas de iones de litio son conocidas desde hace tiempo y están descritas exhaustivamente en el estado de la técnica. Por el contrario, las celdas de iones de sodio solamente están en el foco de la investigación desde 2010, y se describirán detalladamente aquí, a continuación. La mayoría de las actividades de investigación se han dedicado al descubrimiento de ánodos de alto rendimiento, con el fin de incrementar la densidad energética de las baterías de iones de sodio, ya que el grafito, el material utilizado principalmente en celdas de iones de litio, muestra una capacidad de almacenamiento de sodio mucho menor en comparación con el litio.
Como toda celda de batería recargable, la celda de iones de sodio presenta una carcasa en la cual están dispuestos como mínimo un electrodo positivo con un elemento de derivación, como mínimo un electrodo negativo con un elemento de derivación, y un electrolito. Tanto los electrodos positivos como los negativos de las celdas de iones de sodio conocidas en el estado de la técnica están configurados como electrodos de inserción. En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "electrodo de inserción" se entienden electrodos que presentan una estructura cristalina a la cual se pueden incorporar y de la cual se pueden extraer iones del metal activo durante el funcionamiento de la celda de iones de sodio. Esto significa que los procesos de los electrodos pueden tener lugar no solamente en la superficie de los electrodos, sino también dentro de la estructura cristalina.
También el electrolito es un elemento funcional importante de toda celda de batería recargable. La mayoría de las veces contiene un disolvente o mezcla de disolventes y al menos una sal conductora. Los electrolitos sólidos o líquidos iónicos, por ejemplo, no contienen disolvente, sino solamente una sal conductora. El electrolito está en contacto con los electrodos positivo y negativo de la celda de batería. En el electrolito, al menos un ion (anión o catión) de la sal conductora es móvil, de manera que mediante conducción iónica puede tener lugar entre los electrodos un transporte de carga necesario para la función de la celda de batería recargable. A partir de una determinada tensión superior de celda de la celda de batería recargable, el electrolito se descompone electroquímicamente de manera oxidativa. Este suceso conduce a menudo a una destrucción irreversible de componentes del electrolito y, con ello, a un fallo de la celda de batería recargable. También procesos reductivos pueden descomponer el electrolito a partir de una determinada tensión inferior de celda. Para evitar estos procesos, los electrodos positivo y negativo se eligen de modo que la tensión de la celda esté por debajo, o respectivamente por encima, de la tensión de descomposición del electrolito. De este modo, el electrolito determina la ventana de tensión (en inglés, "voltage window") en cuyo intervalo se puede hacer funcionar de forma reversible, es decir, cargar y descargar repetidamente, una celda de batería recargable.
Las celdas de iones de sodio orgánicas conocidas en el estado de la técnica contienen un electrolito que consiste en un disolvente orgánico o mezcla de disolventes orgánicos y una sal conductora disuelta en el mismo. La sal conductora es una sal de sodio tal como, por ejemplo, perclorato de sodio (NaClO4) o hexafluorofosfato de sodio (NaPF6). La mezcla de disolventes orgánicos puede ser, por ejemplo, carbonato de propileno (PC). Las mezclas de disolventes pueden contener carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC) o carbonato de dimetilo (DMC). Se utilizan, por ejemplo, las siguientes mezclas: EC:DEC, EC:PC o EC:DMC.
Debido al uso del disolvente orgánico o de la mezcla de disolventes orgánicos, a tales celdas de iones de sodio se las denomina también celdas de iones de sodio orgánicas.
Un electrodo negativo adecuado para celdas de iones de sodio orgánicas consiste, por ejemplo, en carbono en la modificación de carbono duro (en inglés, "hard carbon"). El carbono duro tiene una capacidad de 300 mAh/g y una eficiencia de ciclo en el primer ciclo de 80 %. Los electrodos positivos de la celda de iones de sodio orgánica pueden consistir en óxidos estratificados tales como NaMeOx, por ejemplo, o compuestos polianiónicos tales como, por ejemplo, fosfatos (NaMePO4), pirofosfatos (Na2MeP2O7) y fluorofosfatos (Na2Me(PO)4F), donde "Me" representa en cada caso un metal de transición.
El sodio es un metal muy electronegativo (-2,71 V frente al electrodo normal de hidrógeno, ENH), con lo cual se crea una tensión de celda muy elevada frente a un electrodo positivo. En el electrodo negativo tiene lugar la reducción del electrolito orgánico. Esta descomposición reductiva es irreversible. Ningún disolvente orgánico es termodinámicamente estable frente al sodio o frente a sodio que esté almacenado en carbono. Sin embargo, muchos disolventes forman una película de pasivación sobre la superficie de electrodo del electrodo negativo. Esta película separa espacialmente el disolvente del electrodo, pero es iónicamente conductora, y permite así el paso de iones de sodio. La película de pasivación, la denominada "interfase sólido-electrolito" (en inglés, "solid electrolyte interphase") (SEI), confiere estabilidad al sistema, permitiendo la fabricación de celdas orgánicas de ion sodio. Durante la formación de la SEI, se integra sodio en la película de pasivación. Este proceso es irreversible, observándose una pérdida de capacidad. Tal pérdida irreversible de capacidad, también denominada capacidad de capa cubriente, depende de la formulación de electrolito utilizada y de los electrodos utilizados. En celdas de iones de sodio orgánicas, la descomposición del electrolito y la formación de capas que contienen iones de sodio a menudo continúa durante el funcionamiento posterior de la celda de iones de sodio orgánica, y es responsable de la pérdida de capacidad y, por tanto, de una vida útil más corta de la celda de iones de sodio orgánica. Por lo tanto, las celdas de iones de sodio orgánicas son problemáticas en cuanto a su estabilidad y a la seguridad de funcionamiento a largo plazo. Los riesgos de seguridad a largo plazo se deben en particular también a la combustibilidad del disolvente orgánico o la mezcla de disolventes orgánicos. Cuando una celda de iones de sodio orgánica se incendia o incluso explota, el disolvente orgánico del electrolito forma un material combustible. Otro inconveniente de las celdas de iones de sodio orgánico reside en la descomposición de los componentes orgánicos de la capa SEI y la consiguiente liberación de gases tóxicos. Además, esto origina un calentamiento adicional de la celda. Para evitar tales riesgos de seguridad, se deben tomar medidas adicionales. Entre estas medidas se cuentan, en particular, un control muy preciso de los procesos de carga y descarga de la celda de iones de sodio orgánica. Sin embargo, las medidas adicionales se consideran desventajosas en caso de una posible comercialización.
Un desarrollo adicional conocido en el estado de la técnica prevé el uso de un electrolito a base de dióxido de azufre (SO<2>) para celdas de batería recargables, en lugar de un electrolito orgánico. Las celdas de batería recargables que contienen un electrolito basado en SO<2>presentan, entre otras cosas, una elevada conductividad iónica. Bajo la expresión "electrolito basado en SO<2>" se ha de entender un electrolito que contiene SO<2>no solamente como aditivo en baja concentración, sino en el cual la movilidad de los iones de la sal conductora que está contenida en el electrolito y origina el transporte de carga está garantizada al menos parcialmente, en gran medida o incluso completamente, por SO<2>. Por lo tanto, el SO<2>sirve como disolvente para la sal conductora. La sal conductora puede formar con el SO<2>gaseoso un complejo de solvato líquido, donde el SO<2>queda fijado y la presión de vapor se reduce notablemente en comparación con el SO<2>puro. Se originan electrolitos con baja presión de vapor. Tales electrolitos a base de SO<2>tienen la ventaja, en comparación con los electrolitos orgánicos antes descritos, de no ser combustibles. De este modo se pueden excluir los riesgos para la seguridad derivados de la combustibilidad del electrolito.
En electrolitos basados en SO<2>se emplea principalmente la composición LiAlCU * xSO<2>. No obstante, también se han estudiado sales conductoras de sodio. El documento US 4.891.281 (designado [V1]) muestra estudios con, entre otras cosas, sales conductoras de litio y de sodio, por ejemplo LiAlCU y NaAlCU, en electrolitos basados en SO<2>. Sin embargo, del documento se deduce que electrolitos con la sal conductora NaAlCU muestran una conductividad peor que electrolitos con la sal conductora LiAlCl<4>. El documento EP 2 860 799 A1 (designado [V2]) da a conocer una batería recargable de iones alcalinos con un electrolito basado en SO<2>que tiene la composición NaAlCU * xSO<2>. Un ejemplo muestra este electrolito en combinación con un ánodo metálico de sodio y un cátodo que contiene carbono, en donde el SO<2>se oxida o se reduce, como material activo de electrodo, durante el funcionamiento de la celda de batería.
Del documento EP 2 860 811 A1 (designado [V3]) surge una celda de batería con un electrolito dotado de la composición NaAlCU * xSO<2>, un cátodo que contiene cloruro metálico y un ánodo que contiene un material inorgánico que contiene sodio.
Además de las sales conductoras de tetracloroaluminato alcalino habituales en electrolitos de SO<2>(por ejemplo, LiAlCU * xSO<2>o NaAlCU * xSO<2>), el documento EP 3772 129 A1 (designado [V4]) da a conocer un nuevo grupo de sales conductoras para electrolitos basados en SO<2>. Estas sales conductoras consisten en un anión con cuatro grupos hidroxi sustituidos agrupados en torno al átomo central boro o aluminio, y un catión constituido por el metal activo de la celda. Todos los ejemplos muestran experimentos exclusivamente con sales de litio de este tipo.
El documento EP 3 794 666 A1 (designado [V7]) da a conocer asimismo una celda de batería recargable que comprende un electrolito basado en SO<2>, y una sal de aluminato o de borato como primera sal conductora. Como metal activo se emplea exclusivamente litio.
A partir del documento US 2021/057795 A1 (designado [V8]) se conoce una batería de litio-aire que tiene un electrolito que comprende una sal de litio, una sal de sodio en forma de alquilfluoroborato de sodio y un disolvente. Sin embargo, el electrolito no es un electrolito basado en SO<2>.
Un problema de los de electrolitos basados en SO<2>reside en que muchas sales conductoras, en particular también sales conductoras conocidas para celdas de iones de sodio orgánicas, no se disuelven en SO<2>y, por lo tanto, tales sales conductoras no son adecuadas para el empleo en celdas de iones de sodio recargables con un electrolito basado en SO<2>.
Así pues, la presente invención se basa en la misión de proporcionar una celda de batería recargable que, contrariamente a las celdas de batería recargables conocidas en el estado de la técnica:
- no prevea el uso de litio,
- contenga un electrolito basado en SO<2>, que presente una buena solubilidad para sales conductoras y, así, sea un buen conductor de iones y aislante electrónico, con lo cual se pueda facilitar el transporte de iones y limitar a un mínimo la autodescarga;
- contenga un electrolito basado en SO<2>, que también sea inerte frente a otros componentes de la celda de batería recargable, tales como separadores, materiales de electrodo y materiales de empaquetado de celda;
- posea una ventana electroquímica amplia, de modo que no se produzca descomposición oxidativa del electrolito en el electrodo positivo;
- presente una capa cubriente estable sobre el electrodo negativo, debiendo ser baja la capacidad de capa cubriente, y sin que se produzca ninguna descomposición reductora adicional del electrolito en el electrodo negativo durante el funcionamiento posterior;
- sea robusta frente a abusos diversos, por ejemplo eléctricos, mecánicos o térmicos;
- contenga un electrolito basado en SO<2>, que contenga materias primas favorables desde el punto de vista económico y fáciles de obtener.
- el elemento de derivación del electrodo negativo pueda ser también un derivador a base de aluminio.
Tales celdas de batería recargables deben presentar también, en particular, muy buenos datos de energía y rendimiento eléctricos, una elevada seguridad de funcionamiento y vida útil, en particular un alto número de ciclos útiles de carga y descarga, sin que el electrolito se descomponga durante el funcionamiento de la celda de batería recargable.
Sorprendentemente, la misión en la cual se basa la presente invención ha sido resuelta mediante una celda de batería recargable dotada de las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones 2 a 20 describen perfeccionamientos ventajosos de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención. De la descripción, de los ejemplos y de los dibujos se deducirán otros perfeccionamientos ventajosos de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención.
Una celda de batería recargable de acuerdo con la invención contiene un metal activo, como mínimo un electrodo positivo, como mínimo un electrodo negativo, una carcasa y un electrolito, donde el metal activo es sodio. El electrolito se basa en SO<2>y contiene como mínimo una primera sal conductora que tiene la fórmula (I)
Fórmula (I)
En la fórmula (I) los sustituyentes R1, R2 y R3 están seleccionados, de manera independiente entre sí, del grupo consistente en un átomo de halógeno, un grupo hidroxi y un grupo químico -OR5. El sustituyente R4 está seleccionado del grupo consistente en un grupo hidroxi y un grupo químico -OR5, donde el sustituyente R5 está seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<10>, alquenilo C<2>-C<10>, alquinilo C<2>-C<10>, cicloalquilo C<3>-C<10>, arilo C<6>-C<14>y heteroarilo C<5>-C<14>, donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar sin sustituir o sustituidos. Al menos dos de los sustituyentes R1, R2, R3 y R4 pueden formar juntos un ligando de quelato que está coordinado a Z.
Además, es aluminio o boro. Además, los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos del sustituyente R<5>pueden sustituirse adicionalmente con
- uno o varios átomos de halógeno, en particular flúor, o
- un grupo químico que está seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo, bencilo, y alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo y bencilo total o parcialmente halogenados, en particular total o parcialmente fluorados.
Bajo la formulación "ligando de quelato que está formado conjuntamente al menos por dos de los sustituyentes R<1>, R<2>, R<3>y R<4>y está coordinado a Z" se entenderá, en el sentido de la presente invención, que al menos dos de los sustituyentes R<1>, R<2>, R<3>y R<4>pueden estar puenteados entre sí, conduciendo este puenteamiento de dos sustituyentes a la formación de un ligando bidentado de quelato. Por ejemplo, el ligando de quelato puede estar configurado de manera bidentada de acuerdo con la fórmula -O-R<5>-O-. Desde el punto de vista estructural, para configurar este ligando de quelato -O-R<5>-O- el primer sustituyente R<1>puede ser preferiblemente un grupo OR<5>y el segundo sustituyente R<2>preferiblemente un grupo hidroxi, que en su estado puenteado están conectados entre sí, con formación de un enlace químico, y por lo tanto tienen la fórmula -O-R<5>-O- antes mencionada. Tales ligandos de quelato pueden tener, por ejemplo, las siguientes fórmulas estructurales:
El ligando de quelato se coordina al átomo central Z, con formación de un complejo de quelato. En el caso del ligando bidentado de quelato -O-R<5>-O- los dos átomos de oxígeno se coordinan al átomo central Z. Tales complejos de quelato se pueden preparar sintéticamente como en el ejemplo 1 que se describe a continuación. La expresión "complejo de quelato" significa compuestos complejos en los cuales un ligando polidentado (posee más de un par de electrones libre) ocupa al menos dos sitios de coordinación (sitios de unión) del átomo central. El ligando de quelato también puede estar configurado de manera polidentada si tres o cuatro de los sustituyentes R<1>, R<2>, R<3>y R<4>están respectivamente puenteados entre sí. El electrolito a base de SO<2>utilizado en la celda de batería recargable de acuerdo con la invención contiene SO<2>no sólo como aditivo en baja concentración, sino en concentraciones con las cuales está garantizada por el SO<2>, como mínimo parcialmente, en gran medida o incluso por completo, la movilidad de los iones de la primera sal conductora, que está contenida en el electrolito y origina el transporte de carga. La primera sal conductora está disuelta en el electrolito y muestra allí una muy buena solubilidad. Se puede formar con el SO<2>gaseoso un complejo de solvato líquido en el cual queda fijado el SO<2>. En este caso, la presión de vapor del complejo de solvato líquido disminuye claramente en comparación con el SO<2>puro, y se originan electrolitos con baja presión de vapor. Sin embargo, también está dentro del marco de la invención que durante la preparación del electrolito de acuerdo con la invención, dependiendo de la estructura química de la primera sal conductora según la fórmula (I). pueda no producirse ninguna reducción de la presión de vapor. En este último caso, se prefiere que en la preparación del electrolito de acuerdo con la invención se trabaje a baja temperatura o bajo presión. El electrolito puede contener también varias sales conductoras de fórmula (I), que se diferencian entre sí por su estructura química. En el sentido de la presente invención, la expresión "alquilo C<1>-C<10>" comprende grupos hidrocarburo saturados, lineales o ramificados, con uno a diez átomos de carbono. Entre estos se cuentan, en particular, metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, sec-butilo, iso-butilo, terc-butilo, n-pentilo, isopentilo, 2,2-dimetilpropilo, n-hexilo, iso-hexilo, 2-etilhexilo, n-heptilo, iso-heptilo, n-octilo, iso-octilo, n-nonilo, n-decilo y similares.
En el sentido de la presente invención, la expresión "alquenilo C<2>-C<10>" comprende grupos hidrocarburo insaturados, lineales o ramificados, con dos a diez átomos de carbono, presentando los grupos hidrocarburo al menos un enlace doble C-C. Entre estos se cuentan, en particular, etenilo, 1-propenilo, 2-propenilo, 1-n-butenilo, 2-n-butenilo, iso-butenilo, 1-pentenilo, 1-hexenilo, 1-heptenilo, 1-octenilo, 1-nonenilo, 1-decenilo y similares.
En el sentido de la presente invención, la expresión "alquinilo C<2>-C<10>" comprende grupos hidrocarburo insaturados, lineales o ramificados, con dos a diez átomos de carbono, teniendo los grupos hidrocarburo al menos un triple enlace C-C. Entre estos se cuentan, en particular, etinilo, 1 -propinilo, 2-propinilo, 1 -n-butinilo, 2-n-butinilo, iso-butinilo, 1-pentinilo, 1-hexinilo, 1 -heptinilo, 1 -octinilo, 1-noninilo, 1 -decinilo y similares.
En el sentido de la presente invención, la expresión "cicloalquilo C<3>-C<10>" comprende grupos hidrocarburo cíclicos, saturados, con tres a diez átomos de carbono. Entre estos se cuentan, en particular, ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo, ciclohexilo, cicloheptilo, ciclohexilo, ciclononilo y ciclodecanilo.
En el sentido de la presente invención, la expresión "arilo C<6>-C<14>" comprende grupos hidrocarburo aromáticos con seis a catorce átomos de carbono en el anillo. Entre estos se cuentan, en particular, fenilo (grupo C<6>H<5>), naftilo (grupo C<10>H<7>) y antracilo (grupo C<14>H<9>).
En el sentido de la presente invención, la expresión "heteroarilo C<5>-C<14>" comprende grupos hidrocarburo aromáticos con cinco a catorce átomos de carbono en el anillo, en donde como mínimo un átomo de hidrocarburo ha sido reemplazado o intercambiado por un átomo de nitrógeno, de oxígeno o de azufre. Entre estos se cuentan, en particular, pirrolilo, furanilo, tiofenilo, piridinilo, piranilo, tiopiranilo y similares. Cada uno de los grupos hidrocarburo antes mencionados está unido a través del átomo de oxígeno al átomo central de acuerdo con la fórmula (I).
En todas las definiciones ya mencionadas de las expresiones, se encuentra asimismo dentro del sentido de la presente invención que los radicales o grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos puedan estar sin sustituir o sustituidos. En la sustitución, un átomo de hidrógeno o varios átomos de hidrógeno de los radicales o grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos es reemplazado respectivamente por un átomo, tal como por ejemplo flúor o cloro, o un grupo químico, tal como por ejemplo CF<3>.
La celda de batería recargable de acuerdo con la invención utiliza como metal activo sodio, que es barato y fácilmente disponible, y ofrece con ello la primera gran ventaja frente a las celdas de iones de litio conocidas en el estado de la técnica.
Además, la celda de batería recargable de acuerdo con la invención con un electrolito de este tipo posee la ventaja frente a celdas de batería recargable dotadas de electrolitos basados en SO<2>con sales conductoras de sodio, conocidas en el estado de la técnica, de que la primera sal conductora de fórmula (I) contenida en ella presenta una mayor estabilidad a la oxidación y, en consecuencia, no muestra esencialmente ninguna descomposición a tensiones de celda elevadas. Este electrolito es estable a la oxidación, preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 3,6 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 3,8 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,0 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,2 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,4 voltios y de manera particularmente preferible al menos hasta un potencial superior de 4,6 voltios. Así, cuando se usa la celda recargable de acuerdo con la invención que contiene un electrolito de este tipo, dentro de los potenciales de trabajo, es decir, en el intervalo entre la tensión final de carga y la tensión final de descarga, se produce solamente una ligera o incluso nula descomposición del electrolito en ambos electrodos de la celda de batería recargable.
La vida útil de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención que contiene este electrolito está claramente prolongada en comparación con celdas de batería recargables que contienen electrolitos conocidos en el estado de la técnica.
Además, la celda de batería de acuerdo con la invención con un electrolito de este tipo también es resistente a bajas temperaturas. La conductividad del electrolito a bajas temperaturas es suficiente para el funcionamiento de una celda de batería.
Estas ventajas de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención que comprende el electrolito compensan el inconveniente que surge del hecho de que la primera sal conductora de fórmula (I) tiene un tamaño de anión significativamente mayor en comparación con las sales conductoras de sodio conocidas en el estado de la técnica. Este mayor tamaño de anión lleva a una conductividad de la primera sal conductora de acuerdo con la fórmula (I) menor en comparación con la conductividad del NaAlCU.
Electrodo negativo
A continuación se describen perfeccionamientos ventajosos de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en lo que se refiere al electrodo negativo:
Un perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material activo del electrodo negativo consista en sodio metálico y/o al menos un material almacenador de sodio que esté seleccionado del grupo consistente en materiales de inserción, materiales de adsorción, materiales formadores de aleación y materiales de conversión.
De acuerdo con un perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el material activo del electrodo negativo es sodio metálico. Ello significa que el sodio también es el metal activo de la batería recargable. Durante la carga de la celda de batería recargable, este se deposita en el elemento de derivación del electrodo negativo. Ello significa que el electrodo negativo comprende, además del sodio metálico como material activo, también un elemento de derivación. Este elemento de derivación sirve para posibilitar la necesaria conexión electrónicamente conductora del material activo del electrodo negativo. Para ello, el elemento de derivación está en contacto con el material activo que participa en la reacción de electrodo del electrodo negativo. Cuando se descarga la celda de batería recargable, el sodio metálico se convierte en iones de sodio, que migran del electrodo negativo al electrodo positivo.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención con sodio metálico como material activo del electrodo negativo prevé que el elemento de derivación, electrónicamente conductor, del electrodo negativo comprenda, antes de la primera carga de la celda de batería recargable, sodio metálico que ha sido aplicado sobre el elemento de derivación antes del ensamblaje de la celda de batería e instalado junto con este en la celda de batería o que ha sido depositado sobre el elemento de derivación del electrodo negativo antes de la puesta en funcionamiento de la celda de batería, es decir, antes de la primera carga y descarga a través de un proceso previa de carga de inicialización. Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería de acuerdo con la invención con sodio metálico como material activo del electrodo negativo prevé que el elemento de derivación del electrodo negativo esté conformado al menos parcialmente por un material almacenador de sodio. En un perfeccionamiento de este tipo, al cargar la celda de batería, primeramente se almacena en el elemento de derivación electrónicamente conductor, hecho del material almacenador de sodio, una parte del sodio resultante de la reacción de electrodo. Cuando se continúa cargando la celda de batería, se deposita sodio metálico sobre el elemento de derivación electrónicamente conductor. Durante la descarga, el sodio metálico se disuelve por completo, o solamente en parte, y entra en forma de iones en la matriz hospedante del material activo del electrodo positivo.
De acuerdo con otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el material activo del electrodo negativo consiste al menos en un material almacenador de sodio, que está seleccionado del grupo consistente en materiales de inserción, materiales de adsorción, materiales formadores de aleación y materiales de conversión.
En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "materiales de inserción" se entienden materiales en los cuales se pueden insertar los iones del metal activo durante la carga de la celda de batería recargable y de los cuales se pueden extraer los iones del metal activo durante la descarga de la celda de batería recargable. Esto significa que los procesos del electrodo pueden tener lugar no solamente en la superficie del electrodo negativo, sino también en el interior del electrodo negativo.
En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "materiales de adsorción" se entienden materiales que, contrariamente a los materiales de inserción, presentan una estructura en la cual se pueden insertar y extraer iones del metal activo durante el funcionamiento de la celda de iones de sodio, y en el caso de los materiales de adsorción los iones se sedimentan sobre la superficie. En muchos materiales, la inserción y la adsorción también tienen lugar simultáneamente.
En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "materiales formadores de aleación" se entienden materiales que son generalmente metales y aleaciones metálicas y sus óxidos, que forman una aleación con el metal activo, tal como sodio, por ejemplo, teniendo lugar esta formación de aleación en o sobre el electrodo negativo y siendo esencialmente reversible. Contrariamente a los materiales de inserción, en las aleaciones el metal activo no se incorpora a una estructura ya existente. Antes bien, la inserción del metal activo se realiza mediante procesos de cambio de fase que, por ejemplo cuando se utiliza sodio como metal activo, pueden conducir a un producto final binario que contenga sodio. Durante la formación de aleación puede ocurrir una expansión del material activo.
En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "materiales de conversión" se entienden materiales que durante los procesos de electrodo experimentan una conversión o transformación química que conduce a la formación reversible de un compuesto químico entre el metal activo y el material activo.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material almacenador de sodio pueda ser preferiblemente el material de inserción que contiene carbono. En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "materiales de inserción hechos de carbono" se entienden materiales hechos del elemento carbono, que entran bajo la expresión "materiales de inserción" definida más arriba.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material de inserción que contiene carbono esté seleccionado del grupo consistente en carbono duro (en inglés, "hard carbon"), carbono blando (en inglés, "soft carbon"), grafeno o carbonos dopados con heteroátomo. El carbono duro ("hard carbon") se puede sintetizar, por ejemplo, a partir de la carbonización de una multitud de precursores tales como, por ejemplo, biomasa, lignina, celulosa y muchos tipos de polímeros. Los materiales carbonosos procedentes de combustibles fósiles (coque, brea, etc.) se consideran generalmente blandos (grafitables) y describen el grupo del carbono blando ("soft carbon"). Carbonos dopados con heteroátomo son carbonos que contienen, en su estructura o en la superficie, átomos adicionales además de los átomos de carbono, por ejemplo nitrógeno, oxígeno, azufre o fósforo.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material de inserción que contiene carbono sea carbono duro (en inglés, "hard carbon").
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material de inserción que contiene carbono sea carbono blando (en inglés, "soft carbon").
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material de inserción que contiene carbono sea grafeno.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material de inserción que contiene carbono sea carbono dopado con heteroátomo.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que los iones de sodio también puedan adsorberse en la superficie.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material almacenador de sodio del electrodo negativo consista en al menos un material de inserción exento de carbono, tal como titanatos de sodio, por ejemplo, en particular Na2Ti3O7 o NaTi2(PO4)3. En el sentido de la presente invención, balo la expresión "materiales de inserción exentos de carbono" se entienden materiales hechos de un elemento distinto del carbono, que entran bajo la expresión "materiales de inserción" definida más arriba.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material almacenador de sodio del electrodo negativo esté compuesto por al menos un material formador de aleación de sodio. En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "material formador de aleación de sodio" se entienden materiales formadores de aleación tales como se han definido más arriba, que forman con sodio una aleación.
Como materiales formadores de aleación se pueden utilizar, por ejemplo, metales y aleaciones metálicas almacenadores de sodio (por ejemplo, Sn, Sb). Como alternativa, pueden ser materiales formadores de aleación sulfuros u óxidos de metales y aleaciones metálicas almacenadores de sodio (por ejemplo SnSx, SbSx, vidrios de óxido de Sn, Sb y similares).
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que los materiales activos anódicos formadores de aleación con sodio contengan sodio ya antes de su uso en una celda de batería. Esta medida reduce las pérdidas de capacidad, por ejemplo debidas a la formación de una capa cubriente en el primer ciclo.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el material almacenador de sodio del electrodo negativo consista en al menos un material almacenador de sodio que sea un material de conversión, como se ha definido más arriba. El material de conversión puede seleccionarse del grupo consistente en sulfuros, óxidos, seleniuros y fluoruros de los metales Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn, en particular sulfuros de hierro (FeSx), seleniuros de hierro (FeSex), fluoruros de hierro (FeFx), óxidos de hierro (FeOx), óxidos de cobalto (CoOx), óxidos de níquel (NiOx) y óxidos de cobre (CuOx).
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el electrodo negativo consista en una combinación de los materiales almacenadores de sodio descritos más arriba. Por ejemplo, se podrían utilizar una combinación de estaño (Sb) y/o sulfuro de estaño (SnSx) y carbono duro (en inglés, "hard carbon").
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el electrodo negativo sea poroso, siendo la porosidad preferiblemente como máximo 50 %, más preferiblemente como máximo 45 %, más preferiblemente como máximo 40 %, más preferiblemente como máximo 35 %, más preferiblemente como máximo 30 %, más preferiblemente como máximo 20 % y de manera particularmente preferible como máximo 10 %. La porosidad representa el volumen de espacio hueco con respecto al volumen total del electrodo negativo, estando formado el volumen de espacio hueco por los denominados poros o espacios huecos. Esta porosidad conduce a un incremento de la superficie interna del electrodo negativo. Además, la porosidad reduce la densidad del electrodo negativo y, por lo tanto, también su peso. Preferiblemente, los poros individuales del electrodo negativo pueden estar completamente llenos con el electrolito durante el funcionamiento.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el electrodo negativo presente un elemento de derivación. Esto significa que el electrodo negativo comprenda, además del material activo o respectivamente material de inserción, también un elemento de derivación. Este elemento de derivación sirve para posibilitar la necesaria conexión electrónicamente conductora del material activo del electrodo negativo. Para ello, el elemento de derivación está en contacto con el material activo que participa en la reacción de electrodo del electrodo negativo. Este elemento de derivación puede estar configurado de manera plana en forma de una chapa metálica delgada o de una lámina metálica delgada. La lámina metálica delgada tiene preferiblemente una estructura perforada o en forma de red. El elemento de derivación plano también puede consistir en una lámina de material sintético revestida de metal. Estos revestimientos metálicos tienen un grosor en el intervalo de 0,1 gm a 20 gm. El material activo del electrodo negativo está aplicado preferiblemente sobre la superficie de la chapa metálica delgada, de la lámina metálica delgada o de la lámina de material sintético revestida de metal. El material activo puede estar aplicado sobre la cara delantera y/o sobre la cara trasera del elemento de derivación plano. Tales elementos de derivación planos tienen un grosor en el intervalo de 5 gm a 50 gm. Se prefiere un grosor del elemento de derivación plano en el intervalo de 10 gm a 30 gm. Cuando se utilizan elementos de derivación planos, el electrodo negativo puede tener un grosor total de al menos 20 gm, preferiblemente al menos 40 gm y de manera especialmente preferible al menos 60 gm. El grosor máximo asciende a 200 gm como máximo, preferiblemente a 150 gm como máximo y de manera especialmente preferible a 100 gm como máximo. Cuando se utiliza un elemento de derivación plano, la capacidad específica por unidad de superficie del electrodo negativo, referida al revestimiento de una cara, es preferiblemente al menos 0,5 mAh/cm2, siendo más preferidos los siguientes valores, en este orden: 1 mAh/cm2, 3 mAh/cm2, 5 mAh/cm2, 10 mAh/cm2, 15 mAh/cm2, 20 mAh/cm2. Además, existe también la posibilidad de que el elemento de derivación pueda estar configurado tridimensionalmente en forma de una estructura metálica porosa, en particular en forma de una espuma metálica. La expresión "estructura metálica porosa tridimensional" designa cualquier estructura hecha de metal que no sólo se extiende, como la chapa metálica delgada o la lámina metálica, a lo largo y ancho del electrodo plano, sino también a lo largo de su dimensión de grosor. La estructura metálica porosa tridimensional es de tal manera porosa que el material activo del electrodo negativo puede insertarse en los poros de la estructura metálica. La cantidad de material activo insertado o aplicado constituye el cargamento del electrodo negativo. Si el elemento de derivación está configurado tridimensionalmente en forma de una estructura metálica porosa, en particular en forma de una espuma metálica, entonces el electrodo negativo presenta preferiblemente un grosor de al menos 0,2 mm, preferiblemente al menos 0,3 mm, más preferiblemente al menos 0,4 mm, más preferiblemente al menos 0,5 mm y de manera particularmente preferible al menos 0,6 mm. El grosor de los electrodos es en este caso significativamente mayor en comparación con los electrodos negativos que se utilizan en las celdas de iones de sodio orgánicas. Otro diseño ventajoso prevé que la capacidad específica por unidad de superficie del electrodo negativo cuando se utiliza un elemento de descarga tridimensional, en particular en forma de una espuma metálica, ascienda preferiblemente a al menos 2,5 mAh/cm2, siendo más preferidos los siguientes valores en este orden: 5 mAh/cm2, 15 mAh/cm2, 25 mAh/cm2, 35 mAh/cm2, 45 mAh/cm2, 55 mAh/cm2, 65 mAh/cm2, 75 mAh/cm2. Si el elemento de derivación está configurado tridimensionalmente en forma de una estructura metálica porosa, en particular en forma de una espuma metálica, la cantidad de material activo del electrodo negativo, es decir, el cargamento del electrodo, referida a su superficie, asciende a al menos 10 mg/cm2, preferiblemente al menos 20 mg/cm2, más preferiblemente al menos 40 mg/cm2, más preferiblemente al menos 60 mg/cm2, más preferiblemente al menos 80 mg/cm2 y de manera particularmente preferible al menos 100 mg/cm2. Este cargamento del electrodo negativo tiene un efecto positivo sobre los procesos de carga y descarga de la celda de batería recargable.
El elemento de derivación del electrodo negativo puede consistir, por ejemplo, en níquel o cobre. El potencial del metal activo sodio se sitúa ligeramente por encima del potencial del metal activo litio, que se utiliza, por ejemplo, en baterías de iones de litio. Así, se puede utilizar para celdas de sodio un derivador hecho de aluminio sin que el sodio, a diferencia del litio, se alee con el aluminio.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería de acuerdo con la invención, el electrodo negativo presenta al menos un aglutinante. Este aglutinante es preferiblemente un aglutinante fluorado, en particular un poli(fluoruro de vinilideno) y/o un terpolímero que está conformado a partir de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno. No obstante, también puede tratarse de un aglutinante que consista en un polímero que esté constituido por unidades estructurales monómeras de un ácido carboxílico conjugado o de la sal alcalina, alcalinotérrea o de amonio de este ácido carboxílico conjugado o de una combinación de ello. Además, el aglutinante puede consistir también en un polímero basado en unidades estructurales monómeras de estireno y de butadieno. Además, el aglutinante puede ser también un aglutinante del grupo de las carboximetilcelulosas. El aglutinante se encuentra en el electrodo negativo preferiblemente en una concentración de 20 % en peso como máximo, más preferiblemente 15 % en peso como máximo, más preferiblemente 10 % en peso como máximo, más preferiblemente 7 % en peso como máximo, más preferiblemente 5 % en peso como máximo y de manera particularmente preferible 2 % en peso como máximo, referida al peso total del electrodo negativo.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería de acuerdo con la invención, el electrodo negativo presenta al menos un aditivo de conductividad. El aditivo de conductividad debe tener preferiblemente un peso reducido, una gran resistencia química y una superficie específica elevada. Son ejemplos de aditivos de conductividad carbono en partículas (negro de carbono, Super P, negro de acetileno), carbono fibroso (CarbonNanoTtubes CNT, (nano)fibras de carbono, grafito finamente dividido y (nanoláminas de) grafeno.
Electrolito
A continuación se describen perfeccionamientos ventajosos de la celda de batería recargable, en lo que se refiere al electrolito basado en SO<2>.
Un primer perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que los sustituyentes R1, R2, R3 y R4 de la primera sal conductora presenten, de manera independiente entre sí, la estructura del grupo químico -OR5, donde R5 está seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<10>, alquenilo C<2>-C<10>, alquinilo C<2>-C<10>, cicloalquilo C<3>-C<10>, arilo C<6>-C<14>y heteroarilo C<5>-C<14>, donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar sin sustituir o sustituidos.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el sustituyente R5 seleccionado del grupo consistente en
- alquilo C<1>-C<6>, preferiblemente alquilo C<2>-C<4>, de manera particularmente preferible 2-propilo, metilo y etilo;
- alquenilo C<2>-C<6>, preferiblemente alquenilo C<2>-C<4>, de manera particularmente preferible etenilo y propenilo;
- alquinilo C<2>-C<6>, preferiblemente alquinilo C<2>-C<4>;
- cicloalquilo C<3>-C<6>;
- fenilo; y
- heteroarilo C5-C7 ;
- donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar sin sustituir o sustituidos.
Las definiciones de las expresiones "alquilo C<1>-C<6>", "alquenilo C<2>-C<6>", "alquinilo C<2>-C<6>", "cicloalquilo C<3>-C<6>" y "heteroarilo" son las mismas que se han definido más arriba.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que, para mejorar la solubilidad de la primera sal conductora en el electrolito basado en SO<2>, como mínimo un átomo individual o un grupo de átomos del sustituyente R5 esté sustituido por un átomo de halógeno, en particular un átomo de flúor, o por un grupo químico, estando seleccionado el grupo químico del grupo consistente en alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo, bencilo, y alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo y bencilo total y parcialmente halogenados, en particular total y parcialmente fluorados. Los grupos químicos alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo y bencilo tienen las mismas propiedades o respectivamente estructuras químicas que los grupos hidrocarburo antes descritos.
Se puede lograr una solubilidad particularmente alta de la primera sal conductora en el electrolito basado en SO<2>si, como mínimo, un grupo de átomos del sustituyente R5 es preferiblemente un grupo CF3 o un grupo OSO2CF3.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que los sustituyentes R1, R2, R3 y R4 sean grupos hidroxi (-OH). El átomo de hidrógeno (H) de estos grupos hidroxi puede estar sustituido por un grupo químico seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo, bencilo, y alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo y bencilo total y parcialmente halogenados, en particular total y parcialmente fluorados. Los grupos químicos alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo y bencilo tienen las mismas propiedades o respectivamente estructuras químicas que los grupos hidrocarburo antes descritos y entran dentro de las definiciones expuestas más arriba.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que la primera sal conductora esté seleccionada del grupo consistente en
Para adaptar la conductividad y/u otras propiedades del electrolito a un valor deseado, en otro diseño ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el electrolito presenta como mínimo una segunda sal conductora, diferente de la primera sal conductora según la fórmula (I). Esto significa que, además de la primera sal conductora, el electrolito puede contener una o también varias segundas sales conductoras que difieren de la primera sal conductora en su composición química y su estructura química.
En otro diseño ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, la segunda sal conductora es un compuesto de metal alcalino, en particular un compuesto de sodio. El compuesto de metal alcalino o el compuesto de sodio están seleccionados del grupo consistente en un aluminato, un halogenuro, un oxalato, un borato, un fosfato, un arseniato y un galato. Preferiblemente, la segunda sal conductora es un tetrahalogenoaluminato de sodio, en particular NaAlCL.
Por otra parte, en otro diseño ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención el electrolito contiene como mínimo un aditivo. Este aditivo está seleccionado preferiblemente del grupo consistente en carbonato de vinileno y sus derivados, carbonato de viniletileno y sus derivados, carbonato de metiletileno y sus derivados, (bisoxalato)borato de sodio, difluoro(oxalato)borato de sodio, tetrafluoro(oxalato)fosfato de sodio, oxalato de sodio, 2-vinilpiridina, 4-vinilpiridina, carbonatos de exometileno cíclicos, sultonas, sulfonatos cíclicos y acíclicos, sulfitos acíclicos, sulfinatos cíclicos y acíclicos, ásteres orgánicos de ácidos inorgánicos, alcanos acíclicos y cíclicos, los cuales alcanos acíclicos y cíclicos tienen un punto de ebullición a 1 bar de al menos 36 °C, compuestos aromáticos, sulfonilimidas cíclicas y acíclicas halogenadas, ésteres de fosfato cíclicos y acíclicos halogenados, fosfinas cíclicas y acíclicas halogenadas, fosfitos cíclicos y acíclicos halogenados, fosfacenos cíclicos y acíclicos halogenados, sililaminas cíclicas y acíclicas halogenadas, ésteres halogenados cíclicos y acíclicos halogenados, amidas cíclicas y acíclicas halogenadas, anhídridos cíclicos y acíclicos halogenados y heterociclos orgánicos halogenados.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable, el electrolito presenta la siguiente composición, referida al peso total de la composición de electrolito:
(i) de 5 a 99,4 % en peso de dióxido de azufre,
(ii) de 0,6 a 95 % en peso de la primera sal conductora,
(iii) de 0 a 25 % en peso de la segunda sal conductora y
(iv) de 0 a 10 % en peso del aditivo.
Como ya se ha mencionado antes, el electrolito puede contener no sólo una primera sal conductora según la fórmula (I) y una segunda sal conductora, sino también varias primeras sales conductoras según la fórmula (I) y varias segundas sales conductoras. En este último caso, los porcentajes antes mencionados incluyen también varias primeras sales conductoras y varias segundas sales conductoras. La concentración de cantidad de materia de la primera sal conductora se sitúa en el intervalo de 0,01 mol/l a 10 mol/l, preferiblemente de 0,05 mol/l a 10 mol/l, más preferiblemente de 0,1 mol/l a 6 mol/l y de manera particularmente preferible de 0,2 mol/l a 3,5 mol/l, referida al volumen total del electrolito.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el electrolito contenga al menos 0,1 moles de SO<2>, preferiblemente al menos 1 mol de SO<2>, más preferiblemente al menos 5 moles de SO<2>, más preferiblemente al menos 10 moles de SO<2>y de manera particularmente preferible al menos 20 moles de SO<2>por cada mol de sal conductora. El electrolito también puede contener proporciones molares de SO<2>muy elevadas, pudiendo especificarse el valor límite superior preferido en 2600 moles de SO<2>por cada mol de sal conductora, y siendo adicionalmente preferidos límites superiores de, en este orden, 1500, 1000, 500 y 100 moles de SO<2>por cada mol de sal conductora. La expresión "por cada mol de sal conductora" se refiere a todas las sales conductoras que estén contenidas en el electrolito. Electrolitos basados en SO<2>con tal relación de concentraciones entre SO<2>y la sal conductora ofrecen la ventaja de que pueden disolver una mayor cantidad de sal conductora en comparación con los electrolitos conocidos en el estado de la técnica, que se basan, por ejemplo, en una mezcla de disolventes orgánicos. En el marco de la invención se ha constatado que, sorprendentemente, resulta ventajoso un electrolito con una concentración relativamente baja de sal conductora a pesar de la mayor presión de vapor asociada con ello, en particular en lo que respecta a su estabilidad a lo largo de muchos ciclos de carga y descarga de la celda de batería recargable. La concentración de SO<2>en el electrolito afecta su conductividad. Así, mediante la elección de la concentración de SO<2>se puede adaptar la conductividad del electrolito al uso previsto de una celda de batería recargable hecha funcionar con este electrolito. El contenido total de SO<2>y la primera sal conductora puede ser superior a 50 por ciento en peso (% en peso) del peso del electrolito, preferiblemente superior a 60 % en peso, más preferiblemente superior a 70 % en peso, más preferiblemente superior a 80 % en peso, más preferiblemente superior a 85 % en peso, más preferiblemente superior a 90 % en peso, más preferiblemente superior a 95 % en peso o más preferiblemente superior a 99 % en peso.
El electrolito puede contener al menos 5 % en peso de SO<2>, referido a la cantidad total del electrolito contenido en la celda de la batería recargable, siendo adicionalmente preferidos valores de 20 % en peso de SO<2>, 40 % en peso de SO<2>y 60 % en peso de SO<2>. El electrolito puede contener también hasta 95 % en peso de SO<2>, siendo preferidos valores máximos de 80 % en peso de SO<2>y 90 % en peso de SO<2>, en este orden.
Está dentro del marco de la invención que el electrolito tenga preferiblemente solo un porcentaje pequeño o incluso nulo de al menos un disolvente orgánico. Preferiblemente, la proporción de disolventes orgánicos en el electrolito, que se presenta por ejemplo en forma de un disolvente o de una mezcla de varios disolventes, puede ascender como máximo a 50 % en peso del peso del electrolito. Son particularmente preferibles proporciones inferiores, de 40 % en peso como máximo, de 30 % en peso como máximo, de 20 % en peso como máximo, de 15 % en peso como máximo, de 10 % en peso como máximo, de 5 % en peso como máximo o de 1 % en peso como máximo, del peso del electrolito. Se prefiere adicionalmente que el electrolito esté exento de disolventes orgánicos. Debido a la solamente baja proporción de disolventes orgánicos o incluso a su ausencia total, el electrolito es poco o nada combustible. Esto incrementa la seguridad de funcionamiento de una celda de batería recargable hecha funcionar con uno de tales electrolitos basados en SO<2>.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable, el electrolito presenta la siguiente composición, referida al peso total de la composición de electrolito:
(i) de 5 a 99,4 % en peso de dióxido de azufre,
(ii) de 0,6 a 95 % en peso de la primera sal conductora,
(iii) de 0 a 25 % en peso de la segunda sal conductora,
(iv) de 0 a 10 % en peso del aditivo y
(v) de 0 a 50 % en peso de un disolvente orgánico.
Electrodo positivo
A continuación se describen perfeccionamientos ventajosos de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en lo que se refiere al electrodo positivo:
Un primer perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que se pueda cargar el electrodo positivo preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 3,6 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 3,8 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,0 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,2 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,4 voltios y de manera particularmente preferible hasta un potencial superior de 4,6 voltios.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el electrodo positivo contiene al menos un material activo. Este puede almacenar iones del metal activo sodio y liberar y tomar de nuevo, durante el funcionamiento de la celda de batería, los iones del metal activo sodio.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el electrodo positivo contiene como mínimo un compuesto de intercalación. En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "compuesto de intercalación" debe entenderse una subcategoría de los materiales de inserción antes descritos. Este compuesto de intercalación funciona como matriz hospedante, que tiene posiciones vacantes que están conectadas entre sí. Los iones del metal activo se pueden difundir hacia estas posiciones vacantes durante el proceso de descarga de la celda de batería recargable, y quedan insertados allí. A lo largo de esta incorporación de los iones del metal activo, se dan pocos cambios estructurales, o ninguno, en la matriz hospedante.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el electrodo positivo contiene en calidad de material activo como mínimo un compuesto de conversión. En el sentido de la presente invención, bajo la expresión "compuestos de conversión" se entienden materiales que durante la actividad electroquímica forman otros materiales; es decir, durante la carga y la descarga de la celda de batería se rompen y se vuelven a formar enlaces químicos. Durante la absorción o liberación de los iones del metal activo se producen cambios estructurales en la matriz del compuesto de conversión.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el material activo tiene la composición NaxM'yM'zOa, en donde
- M' es al menos un metal que está seleccionado del grupo consistente en los elementos Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn;
- M'' es al menos un elemento que está seleccionado del grupo consistente en los elementos de los grupos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16 del sistema periódico de los elementos;
- x e y son, de manera independiente entre sí, números mayores que 0;
- z es un número mayor que o igual a 0; y
- a es un número mayor que 0
En la composición NaxM'yM''zOa, los índices y y z se refieren a la totalidad de los metales y elementos que están representados por M' o respectivamente M''. Si, por ejemplo, M' comprende dos metales M'1 y M'2, entonces para el índice y se aplica: y=y1+y2, donde y1 e y2 representan los índices de los metales M'1 y M'2. Los índices x, y, z y a deben elegirse de manera que prevalezca una neutralidad de carga dentro de la composición. Son ejemplos de compuestos en los cuales M' comprende dos metales, óxidos de sodio, níquel, manganeso y cobalto con la composición NaxNiy<1>Mny<2>CozO<2>, con M'1=Ni, M'2=Mn y M''=Co. Son ejemplos de compuestos en los cuales z = 0, es decir, que no contienen ningún otro metal o elemento M'', óxidos de cobalto y sodio NaxCoyOa.
Si, por ejemplo, M" comprende dos elementos, por un lado un metal M"1 y por otro lado fósforo como M"2, entonces para el índice z se aplica: z=z1+z2, donde z1 y z2 representan los índices del metal M"1 y del fósforo (M"2). Los índices x, y, z y a deben elegirse de manera que prevalezca una neutralidad de carga dentro de la composición. Son ejemplos de compuestos en los cuales M" comprende un metal M"1 y fósforo como M"2, fosfatos de sodio, hierro y manganeso NaxFeyMnz1Pz2O4 con M'=Fe, MM1=Mn y M"2=P y z2=1. En otra composición M" puede comprender dos no metales, por ejemplo flúor como M''1 y azufre como M''2. Son ejemplos de tales compuestos fluorosulfatos de sodio y hierro NaxFeyFz1Sz2O4 con M'=Fe, M''<1>=F y M''<2>=P.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que los compuestos NaxM'yM''ZOa tengan las estructuras de óxidos estratificados. M' o M'' pueden ser dos o más metales M'1'M'2'M'3, etc. o M<m>1M"2M''3, etc. Son ejemplos de tales compuestos NaNi0,5Mn0,2Ti0,3O2, Na0,90Cu0,22Fe0,30Mn0,48O2, Na2/3Ni2/3Te1/3O2, Na2/3Fe1/2Mn1/2O2, NaxMnO<2>, NaFe<1/2>Mn<1/2>O<2>, Na(Fe1/3Mn1/3Ni1/3)O2, y Na[Ni0,4Fe0,2Mn0,2Ti0,2]O2. Se prefieren compuestos en los cuales M' consiste en los metales níquel y manganeso y M'' es cobalto, de modo que el compuesto tiene la fórmula NaxNiy<1>Mny<2>CozOa, donde y1 e y2 son, de manera independiente entre sí, números mayores que 0. Puede tratarse de composiciones con la fórmula Nax[Niy<1>Mny<2>Coz]O<2>, es decir, óxidos de sodio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), que tienen la estructura de óxidos estratificados. Son ejemplos de estos materiales activos a base de óxido de sodio, níquel, manganeso y cobalto Na[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2 y Na0,6[Ni0,25Mn0,5Co0,25]O2.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que la composición tenga la fórmula NaxM'yM''zO4. Estos compuestos son estructuras de espinela. Por ejemplo, M' puede ser cobalto y M'' puede ser manganeso. En este caso, el material activo es óxido de sodio, cobalto y manganeso (NaCoMnO4).
En otro perfeccionamiento ventajoso, el compuesto tiene la composición NaxM'yMM1z<1>M''2z<2>Oa, donde M''1 y M''2 son en cada caso al menos un elemento que está seleccionado del grupo consistente en los elementos de los grupos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16 del sistema periódico de los elementos y donde M''2, junto con Oa, forman al menos una unidad estructural de polianión. La unidad estructural de polianión puede consistir, por ejemplo, en estructuras con las composiciones (M''2O4)n-, (M''2mO3m+1)n- o (M''2O3)n-, donde m y n son, de manera independiente entre sí, números mayores que 0. Son ejemplos de tales aniones (SO<4>)2-, (PO<4>)3-, (SD<4>)2-, (AsO4)3-, (MoO4)2-, (WO<4>)2-, (P<2>O<7>)4-, (CO<3>)2- y (BO<3>)3-.
Si M''2 es el elemento fósforo, el compuesto con la composición NaxM'yM''z<1>M''z<2>Oa se cuenta entre los denominados fosfatos metálicos de sodio. Son ejemplos de estos compuestos Na3V2(PO4)3, NaVPO4F, Na2CoP2O7, Na4Ni3(PO4)2P2O7, Na2MnPO4F y Na2MnP2O7. Si M''2 es el elemento azufre, el compuesto con la composición NaxM'yM''z<1>M''z<2>Oa se cuenta entre los denominados sulfatos metálicos de sodio. Son ejemplos de estos compuestos NaFeSO<4>F y NaFe<2>(PO<4>)(SO<4>)<2>. El segundo compuesto es un compuesto con dos unidades estructurales de polianión. Si M''2 es el elemento silicio, el compuesto con la composición NaxM'yM''z<1>M''z<2>Oa se cuenta entre los denominados silicatos metálicos de sodio. Un ejemplo de estos compuestos es Na2FeSiO4.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el material activo tiene la composición NaxM'y[Fe(CN)6]a • nH<2>O, donde M' es al menos un metal que está seleccionado del grupo consistente en los elementos Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn. M' puede ser dos o más metales M'1, M'2, M'3, etc. Entonces para el índice y se aplica: y=y1+y2, donde y1 e y2 representan los índices de los metales M'1 y M'2. n es un número mayor que o igual a cero. x, todos los índices y (y, y1, y2, etc.) y a son, de manera independiente entre sí, números mayores que 0. Este tipo de compuestos son los hexacianoferratos, también conocidos bajo las denominaciones "azul de Prusia" (en inglés, "prussian blue") y "blanco de Prusia" ("prussian white"). Son ejemplos de tales compuestos Na<2>NiFe(CN)<6>, FeFe(CN)6 •<4>H<2>O, Na<0,61>FeFe(CN)<6>, Na1,89Mn[Fe(CN)6]ü,97 y NaNi0,3Mn0,7 Fe(CN)6.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, el electrodo positivo contiene en calidad de material activo como mínimo un material activo que constituye un compuesto de conversión. Durante la absorción del metal activo, por ejemplo sodio, los compuestos de conversión experimentan una reacción redox de cuerpo sólido en la cual se modifica la estructura cristalina del material. Esto sucede con rotura y recombinación de enlaces químicos. Reacciones completamente reversibles de compuestos de conversión pueden discurrir, por ejemplo, de las siguientes maneras:
Tipo A: MXz y Na ^ M z Na(y/z)X
Tipo B: X y Na ^ NayX
Los compuestos de conversión están seleccionados del grupo consistente en sulfuros, óxidos, seleniuros y fluoruros de los metales Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn, en particular sulfuros de hierro (FeSx), seleniuros de hierro (FeSex), fluoruros de hierro (FeFx), óxidos de hierro (FeOx), óxidos de cobalto (CoOx), óxidos de níquel (NiOx) y óxidos de cobre (CuOx).
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el electrodo positivo contenga al menos un compuesto metálico. Este compuesto metálico está seleccionado del grupo consistente en un óxido metálico, un halogenuro metálico y un fosfato metálico. Preferiblemente, el metal de este compuesto metálico es un metal de transición con los ordinales 22 a 28 del sistema periódico de los elementos, en particular cobalto, níquel, manganeso o hierro.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que el electrodo positivo contenga al menos un compuesto metálico que tenga la estructura química de un óxido estratificado, una espinela, un compuesto polianiónico o un compuesto de conversión.
Está dentro del alcance de la invención que el electrodo positivo contenga como material activo al menos uno de los compuestos descritos o una combinación de los compuestos. Se entiende por una combinación de los compuestos un electrodo positivo que contenga al menos dos de los materiales descritos.
Otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería de acuerdo con la invención prevé que el electrodo positivo presente un elemento de derivación. Esto significa que el electrodo positivo comprenda, además del material activo, también un elemento de derivación. Este elemento de derivación sirve para posibilitar la necesaria conexión electrónicamente conductora del material activo del electrodo positivo. Para ello, el elemento de derivación está en contacto con el material activo que participa en la reacción de electrodo del electrodo positivo. Este elemento de derivación puede estar configurado de manera plana en forma de una chapa metálica delgada o de una lámina metálica delgada. La lámina metálica delgada tiene preferiblemente una estructura perforada o en forma de red. El elemento de derivación plano también puede consistir en una lámina de material sintético revestida de metal. Estos revestimientos metálicos tienen un grosor en el intervalo de 0,1 gm a 20 gm. El material activo del electrodo positivo se aplica preferiblemente sobre la superficie de la lámina metálica delgada, de la lámina metálica delgada o de la película de material sintético revestida de metal. El material activo puede estar aplicado sobre la cara delantera y/o sobre la cara trasera del elemento de derivación plano. Tales elementos de derivación planos tienen un grosor en el intervalo de 5 gm a 50 gm. Se prefiere un grosor del elemento de derivación plano en el intervalo de 10 gm a 30 gm. Cuando se utilizan elementos de derivación planos, el electrodo positivo puede tener un grosor total de al menos 20 gm, preferiblemente al menos 40 gm y de manera particularmente preferible al menos 60 gm. El grosor máximo asciende a 200 gm como máximo, preferiblemente 150 gm como máximo y de manera particularmente preferible 100 gm como máximo. Cuando se utiliza un elemento de derivación plano, la capacidad específica por unidad de superficie del electrodo positivo, referida al revestimiento de una cara, es preferiblemente al menos 0,5 mAh/cm2, siendo más preferidos los siguientes valores, en este orden: 1 mAh/cm2, 3 mAh/cm2, 5 mAh/cm2, 10 mAh/cm2, 15 mAh/cm2, 20 mAh/cm2.
Además, existe también la posibilidad de que el elemento de derivación del electrodo positivo esté configurado tridimensionalmente en forma de una estructura metálica porosa, en particular en forma de una espuma metálica. La estructura metálica porosa tridimensional es de tal manera porosa que el material activo del electrodo positivo puede insertarse en los poros de la estructura metálica. La cantidad de material activo insertado o aplicado constituye el cargamento del electrodo positivo. Si el elemento de derivación está configurado tridimensionalmente en forma de una estructura metálica porosa, en particular en forma de una espuma metálica, entonces el electrodo positivo presenta preferiblemente un grosor de al menos 0,2 mm, preferiblemente al menos 0,3 mm, más preferiblemente al menos 0,4 mm, más preferiblemente al menos 0,5 mm y de manera particularmente preferible al menos 0,6 mm. Otro diseño ventajoso prevé que la capacidad específica por unidad de superficie del electrodo positivo cuando se utiliza un elemento de derivación tridimensional, en particular en forma de una espuma metálica, ascienda preferiblemente a al menos 2,5 mAh/cm2, siendo más preferidos los siguientes valores en este orden: 5 mAh/cm2, 15 mAh/cm2, 25 mAh/cm2, 35 mAh/cm2, 45 mAh/cm2, 55 mAh/cm2, 65 mAh/cm2, 75 mAh/cm2. Si el elemento de derivación está configurado tridimensionalmente en forma de una estructura metálica porosa, en particular en forma de una espuma metálica, la cantidad de material activo del electrodo positivo, es decir, el cargamento del electrodo, referida a su superficie, asciende a al menos 10 mg/cm2, preferiblemente al menos 20 mg/cm2, más preferiblemente al menos 40 mg/cm2, más preferiblemente al menos 60 mg/cm2, más preferiblemente al menos 80 mg/cm2 y de manera particularmente preferible al menos 100 mg/cm2. Este cargamento del electrodo positivo tiene un efecto positivo sobre los procesos de carga y descarga de la celda de batería recargable.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería de acuerdo con la invención, el electrodo positivo presenta al menos un aglutinante. Este aglutinante es preferiblemente un aglutinante fluorado, en particular un poli(fluoruro de vinilideno) y/o un terpolímero que está conformado a partir de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno. No obstante, también puede tratarse de un aglutinante que consista en un polímero que esté constituido por unidades estructurales monómeras de un ácido carboxílico conjugado o de la sal alcalina, alcalinotérrea o de amonio de este ácido carboxílico conjugado o de una combinación de ello. Además, el aglutinante puede consistir también en un polímero basado en unidades estructurales monómeras de estireno y butadieno. Además, el aglutinante puede ser también un aglutinante del grupo de las carboximetilcelulosas. El aglutinante se encuentra en el electrodo positivo preferiblemente en una concentración de 20 % en peso como máximo, más preferiblemente 15 % en peso como máximo, más preferiblemente 10 % en peso como máximo, más preferiblemente 7 % en peso como máximo, más preferiblemente 5 % en peso como máximo y de manera particularmente preferible 2 % en peso como máximo, referida al peso total del electrodo positivo.
Construcción de la celda de batería recargable
A continuación se describen perfeccionamientos ventajosos de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en lo que se refiere a su construcción:
Para mejorar adicionalmente la función de la celda de batería recargable, otro perfeccionamiento ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención prevé que la celda de batería recargable comprenda varios electrodos negativos y varios electrodos de alto voltaje, que estén dispuestos apilados alternadamente en la carcasa. En este caso, los electrodos positivos y los electrodos negativos están preferiblemente separados eléctricamente entre sí mediante separadores. No obstante, la celda de batería recargable también puede estar configurada como celda enrollada, en la cual los electrodos estén constituidos por capas delgadas, enrolladas junto con un material separador. Por una parte, los separadores separan espacial y eléctricamente el electrodo positivo y el electrodo negativo y, por otra parte, son permeables, entre otras cosas, a los iones del metal activo. De esta manera se originan grandes superficies electroquímicamente activas, que permiten un rendimiento de corriente correspondientemente elevado.
El separador puede estar conformado por un fieltro, una membrana, un tejido, un tejido de punto, un material orgánico, un material inorgánico o una combinación de ello. Los separadores orgánicos pueden consistir en poliolefinas sin sustituir (por ejemplo, polipropileno o polietileno), poliolefinas desde parcial hasta completamente sustituidas con halógeno (por ejemplo, desde parcial hasta completamente sustituidas con flúor, en particular PVDF, ETFE, PTFE), poliésteres, poliamidas o polisulfonas. Los separadores que contienen una combinación de materiales orgánicos e inorgánicos son, por ejemplo, materiales textiles de fibra de vidrio, en donde las fibras de vidrio están dotadas de un revestimiento polimérico adecuado. El revestimiento contiene preferiblemente un polímero con contenido de flúor tal como, por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE), etileno-tetrafluoroetileno (ETFE), perfluoroetilenopropileno (FEP), THV (terpolímero de tetrafluoroetileno, hexafluoroetileno y fluoruro de vinilideno), un polímero de perfluoroalcoxi (PFA), aminosilano, polipropileno o polietileno (PE). El separador también puede estar presente plegado en la carcasa de la celda de batería recargable, por ejemplo en forma de un denominado "plegado en Z". En este plegado en Z se pliega a modo de Z, a lo largo de a los electrodos o en torno a los mismos, un separador en forma de tira. Además, el separador también puede estar configurado como papel separador.
También está dentro del marco de la invención que el separador pueda estar configurado como envoltura, estando envuelto por la envoltura cada uno de los electrodos de alto voltaje o cada uno de los electrodos negativos. La envoltura puede estar conformada por un vellón, una membrana, un tejido, un tejido de punto, un material orgánico, un material inorgánico o una combinación de ello.
Una envoltura del electrodo positivo conduce a una migración y distribución de iones más uniforme en la celda de batería recargable. Cuanto más uniforme sea la distribución de iones, especialmente en el electrodo negativo, mayor puede ser el cargamento posible del electrodo negativo con material activo y, por ello, la capacidad útil de la celda de batería recargable. Al mismo tiempo se evitan riesgos que puedan estar asociados a un cargamento desigual y una segregación consiguiente del metal activo. Estas ventajas son particularmente efectivas cuando los electrodos positivos de la celda de batería recargable están envueltos con la envoltura.
Preferiblemente, las medidas superficiales de los electrodos y de la envoltura pueden estar armonizadas entre sí de manera que las medidas externas de la envoltura de los electrodos y las medidas externas de los electrodos no envueltos coincidan al menos en una dimensión.
Preferiblemente, la extensión superficial de la envoltura puede ser mayor que la superficie del electrodo. En este caso, la envoltura se extiende más allá de un límite del electrodo. De este modo, se pueden unir entre sí en el borde del electrodo positivo, mediante una unión de borde, dos capas de la envoltura que cubran el electrodo por las dos caras.
En otro diseño ventajoso de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, los electrodos negativos presentan una envoltura, mientras que los electrodos positivos no tienen ninguna envoltura.
A continuación, mediante figuras, ejemplos y experimentos, se describen con más detalle y se explican otras propiedades ventajosas de la invención.
La figura 1: muestra un primer ejemplo de realización de una celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en una representación en corte transversal;
la figura 2: muestra una micrografía electrónica de la estructura porosa tridimensional de la espuma metálica del primer ejemplo de realización de la figura 1, como representación detallada;
la figura 3: muestra un segundo ejemplo de realización de una celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en una representación en corte transversal;
la figura 4: muestra un detalle del segundo ejemplo de realización de la figura 3;
la figura 5: muestra un tercer ejemplo de realización de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en una representación en despiece ordenado;
la figura 6: muestra un tercer ejemplo de realización de la celda de batería recargable de acuerdo con la invención, en una representación en despiece ordenado;
la figura 7: muestra el potencial en [V], en función de la capacidad, de una celda de ensayo con una disposición de tres electrodos cuando se cargan y descargan los electrodos negativos dotados de carbono duro como material de electrodo activo;
la figura 8: muestra el potencial en [V], en función del tiempo, de una celda de ensayo con una disposición de tres electrodos cuando se cargan y descargan varias veces los electrodos negativos dotados de sodio metálico como material de electrodo activo;
la figura 9: muestra el curso del potencial en voltios, como función de la capacidad, para el ciclo 1 y el ciclo 2 de una celda de ensayo con una disposición de tres electrodos dotados de óxido de sodio y cobalto como material activo del electrodo positivo;
la figura 10: muestra la conductividad en [mS/cm] del electrolito Na1 y del electrolito de referencia, en función de la concentración de las sales conductoras.
La figura 1 muestra un primer ejemplo de realización de una celda 2 de batería recargable de acuerdo con la invención, en representación en corte transversal. Esta celda 2 de batería está configurada como celda prismática y presenta, entre otras cosas, una carcasa 1. Esta carcasa 1 encierra una disposición 3 de electrodos que comprende tres electrodos positivos 4 y cuatro electrodos negativos 5. Los electrodos positivos 4 y los electrodos negativos 5 están dispuestos apilados alternadamente en la disposición 3 de electrodos. No obstante, la carcasa 1 también puede alojar más electrodos positivos 4 y/o electrodos negativos 5. En general, se prefiere que el número de electrodos negativos 5 sea mayor en uno que el número de electrodos positivos 4. El resultado de ello es que las caras terminales externas de la pila de electrodos están formadas por las superficies de los electrodos negativos 5. Por mediación de conexiones 6, 7 de electrodos, los electrodos 4, 5 están conectados a contactos 9, 10 de conexión correspondientes, de la celda 2 de batería. Por lo tanto, la celda 2 de batería recargable está llena de electrolito basado SO<2>, de manera que el electrolito penetra lo más completamente posible en todos los poros o cavidades, particularmente dentro de los electrodos 4, 5. En la figura 1 no es visible el electrolito. En el presente ejemplo de realización, los electrodos positivos 4 contienen como material activo un compuesto de intercalación. Este compuesto de intercalación es NaCoO<2>.
En el presente ejemplo de realización, los electrodos 4, 5 están configurados de manera plana, es decir, como capas de un grosor pequeño con respecto a su extensión superficial. Están separados entre sí respectivamente por separadores 11. La carcasa 1 de la celda 2 de batería recargable está configurada esencialmente en forma de paralelepípedo, donde los electrodos 4, 5 y las paredes de la carcasa 1 que se muestran en representación en corte se extienden perpendicularmente al plano del dibujo y están conformados de manera esencialmente recta y plana.
Los electrodos 4, 5 presentan además un elemento de derivación, que sirve para posibilitar la necesaria conexión electrónicamente conductora del material activo del electrodo respectivo. Este elemento de derivación está en contacto con el material activo que participa en la reacción del electrodo 4, 5 respectivo (no representado en la figura 1). El elemento de derivación está configurado en forma de una espuma metálica porosa 18. La espuma metálica 18 se extiende a lo largo de la dimensión del grosor de los electrodos 4, 5. El material activo de los electrodos positivos 4 y de los electrodos negativos 5 está insertado en los poros de esta espuma metálica 18 de modo que llena sus poros de manera uniforme en todo el grosor de la estructura metálica. Para mejorar la resistencia mecánica, los electrodos positivos 4 contienen un aglutinante. Este aglutinante es un fluoropolímero. Los electrodos negativos 5 contienen carbono como material activo en una forma adecuada como material de inserción para alojar iones de sodio. La estructura del electrodo negativo 5 es similar a la del electrodo positivo 4.
La figura 2 muestra una micrografía electrónica de la estructura porosa tridimensional de la espuma metálica 18 del primer ejemplo de realización de la figura 1. Gracias a la escala indicada se reconocerá que los poros P tienen, por término medio, un diámetro superior a 100 gm, es decir, son relativamente grandes. Esta espuma metálica es una espuma metálica hecha de níquel.
La figura 3 muestra un segundo ejemplo de realización de una celda 20 de batería recargable de acuerdo con la invención, en representación en corte transversal. Este segundo ejemplo de realización difiere del primer ejemplo de realización mostrado en la figura 1 en que la disposición de electrodos comprende un electrodo positivo 23 y dos electrodos negativos 22. Están separados entre sí respectivamente por separadores 21, y rodeados por una carcasa 28. El electrodo positivo 23 presenta un elemento 26 de derivación en forma de una lámina metálica plana, sobre la que está aplicado por ambas caras el material activo 24 del electrodo positivo 23. Los electrodos negativos 22 comprenden asimismo un elemento 27 de derivación en forma de una lámina metálica plana, sobre la que está aplicado por ambas caras el material activo 25 del electrodo negativo 22. Como alternativa, los elementos de derivación planos de los electrodos del borde, es decir, los electrodos que cierran la pila de electrodos, pueden estar revestidos con material activo solamente por una cara. La cara no revestida mira hacia la pared de la carcasa 28. Los electrodos 22, 23 están conectados, a través de conexiones 29, 30 de electrodos, con los correspondientes contactos 31, 32 de conexión de la celda 20 de batería recargable.
La figura 4 muestra la lámina metálica plana que sirve en cada caso como elemento 26, 27 de derivación para los electrodos positivos 23 y los electrodos negativos 22 en el segundo ejemplo de realización de la figura 3. Esta lámina metálica presenta una estructura perforada o en forma de red, con un grosor de 20 pm.
La figura 5 muestra un tercer ejemplo de realización de una celda 40 de batería recargable de acuerdo con la invención, en una representación en despiece ordenado. Este tercer ejemplo de realización se diferencia de los dos ejemplos de realización antes explicados en que el electrodo positivo 44 está envuelto por una envoltura 13. En este caso, una extensión superficial de la envoltura 13 es mayor que una extensión superficial del electrodo positivo 44, cuyo límite 14 está trazado como línea discontinua en la figura 5. Dos capas 15, 16 de la envoltura 13, que cubren por ambas caras el electrodo positivo 44, están conectadas entre sí en el borde periférico del electrodo positivo 44 mediante una conexión 17 de borde. Los dos electrodos negativos 45 no están envueltos. Los electrodos 44 y 45 pueden hacer contacto a través de las conexiones 46 y 47 de electrodo.
La figura 6 muestra un tercer ejemplo de realización de una celda 101 de batería recargable de acuerdo con la invención, en representación en despiece ordenado. Se muestran los elementos de construcción esenciales de una celda 101 de batería con una disposición enrollada de electrodo. En una carcasa cilíndrica 102 con una pieza 103 de cubierta se encuentra una disposición 105 de electrodos, que está enrollada desde un material de partida en forma de banda. La banda consta de varias capas, entre las que se cuentan un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador que discurre entre los electrodos, que aísla eléctrica y mecánicamente los electrodos entre sí, pero que es suficientemente poroso, o respectivamente conductor de iones, para permitir el intercambio iónico requerido. De esta manera se crean grandes superficies electroquímicamente efectivas, que permiten un rendimiento de corriente correspondientemente alto. El electrodo positivo presenta un elemento de derivación en forma de una lámina metálica plana, sobre la que se ha aplicado por ambas caras una mezcla homogénea del material activo del electrodo positivo. El electrodo negativo comprende igualmente un elemento de derivación en forma de una lámina metálica plana, sobre la que se ha aplicado por ambas caras una mezcla homogénea del material activo del electrodo negativo.
El espacio hueco de la carcasa 102, en la medida en que no está ocupado por la disposición 105 de electrodos, está rellenado con un electrolito, no representado. Los electrodos positivo y negativo de la disposición 105 de electrodos están conectados a través de correspondientes terminales de conexión, 106 para el electrodo positivo y 107 para el electrodo negativo, con los contactos de conexión, 108 para el electrodo positivo y 109 para el electrodo negativo, que posibilitan la conexión eléctrica de la celda 101 de batería recargable. Como alternativa a la conexión eléctrica del electrodo negativo mostrada en la figura 6 mediante el terminal 107 de conexión y el contacto 109 de conexión, la conexión eléctrica del electrodo negativo también puede efectuarse a través de la carcasa 102.
Ejemplo 1: Preparación de un electrolito de referencia
Para los experimentos que se describen a continuación, se preparó un electrolito de referencia basado en SO<2>. Para ello, en primer lugar se preparó como sal conductora el compuesto Li 1 que se representa a continuación, de acuerdo con un procedimiento de preparación descrito en el siguiente documento [V5]:
[V5] , I. Krossing,Chem, Eur. J.2001,7,490;
Este compuesto 1 proviene de la familia de los polifluoroalcoxialuminatos, y se preparó en hexano de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción, partiendo de LiAlH4 y el alcohol R-OH correspondiente con R1=R2=R3=R4.
Con ello se formó el compuesto Li 1 representado a continuación, con la siguiente fórmula molecular o estructural:
Li [AI(OC(CF )3)4]
Compuesto Li1
Para preparar el electrolito de referencia, se disolvió en SO<2>este compuesto Li1. La concentración de la sal conductora en el electrolito de referencia ascendía a 0,6 mol/l.
Ejemplo 2: Preparación de un ejemplo de realización de un electrolito a base de SO<2>para una celda de batería Para los experimentos que se describen a continuación, se preparó un ejemplo de realización del electrolito a base de SO<2>. Para ello, se preparó en primer lugar como sal conductora según la fórmula (I) el compuesto Na1 que se representa más abajo, de acuerdo con un procedimiento de preparación descrito en el siguiente documento [V6]: [V6] PJ Malinowskiet a l, üalton Trans, 2020,49,7766-7773
La sal conductora según la fórmula (I) se preparó en hexano de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción, partiendo de NaAlH4 y el alcohol R-OH correspondiente con R =R2=R3=R4.
Hexano
NaAlH, * 4 HO-R --------------- ► NafAt(ÜR) 1 4 H<j>
Con ello se formó el compuesto Na1 representado a continuación, con la fórmula molecular o estructural:
Compuesto Nal
Después se disolvió en SO<2>a baja temperatura, o bajo presión, el compuesto Na1 de acuerdo con los pasos de procedimiento 1 a 4 que se enumeran a continuación:
1) colocación del respectivo compuesto Na1 en un matraz de presión con tubo ascendente,
2) aplicación de vacío en el matraz de presión,
3) introducción de una corriente de SO<2>líquido y
4) repetición de los pasos 2 3 hasta que se haya añadido la cantidad deseada de SO<2>.
Así se originó el electrolito Na1. La concentración de los compuestos Na1 en el electrolito ascendió a 0,6 mol/l (concentración de cantidad de materia basada en 1 litro del electrolito), salvo que se indique otra cosa en la descripción del experimento. Los experimentos que se describen a continuación se llevaron a cabo con el electrolito Na1 y con el electrolito de referencia.
Experimento 1: Comportamiento de electrodos negativos hechos de carbono duro (en inglés, "hard carbon") Los experimentos se llevaron a cabo en una celda de ensayo con una disposición de tres electrodos (electrodo de trabajo, contraelectrodo y electrodo de referencia) con sodio metálico como contraelectrodo y electrodo de referencia. El electrodo de trabajo era un electrodo con un material activo hecho de carbono duro (en inglés, "hard carbon"). La composición del electrodo era 96 % en peso de carbono duro (en inglés, "hard carbon") y 4 % en peso, en total, de los aglutinantes CMC y SBR. El elemento de derivación era una lámina hecha de aluminio. Se llenaron las semiceldas con el electrolito Na1.
Con una velocidad de carga/descarga de 0,1 C, se cargó varias veces la semicelda hasta un potencial de 0,005 voltios y se descargó hasta un potencial de 1,5 voltios. La figura 7 muestra los potenciales de la curva de carga y de la curva de descarga para el quinto ciclo de la semicelda. La curva discontinua corresponde a los potenciales de la curva de carga y la curva continua corresponde a los potenciales de la curva de descarga.
Las curvas de carga y de descarga muestran un comportamiento típico de batería con una buena eficiencia de ciclo, por encima de 95 %.
Experimento 2: Comportamiento de electrodos negativos hechos de sodio metálico
Los experimentos se llevaron a cabo en una celda de ensayo con una disposición de tres electrodos (electrodo de trabajo, contraelectrodo y electrodo de referencia) con sodio metálico como contraelectrodo y electrodo de referencia. El electrodo de trabajo era una lámina hecha de aluminio. Se llenaron las semiceldas con el electrolito Na1.
Se llevaron a cabo una deposición (carga) y disolución (descarga) repetidas de sodio metálico. Para ello se depositaron inicialmente 0,25 mAh/cm2 de sodio. A continuación se produjo la descarga hasta un potencial de 0,5 voltios. La velocidad de carga y descarga fue en cada caso de 0,1 mA/cm2. La figura 8 muestra la curva de potencial de cinco ciclos de carga/descarga a lo largo del tiempo.
La deposición y disolución de sodio metálico muestra un curso uniforme a lo largo de los cinco ciclos.
Experimento 3: Celdas de ensayo con óxido de cobalto sódico de la composición Na0,7CoO2 como material activo de electrodo
Con el fin de ensayar óxido de sodio y cobalto como material activo de electrodo para el electrodo positivo en el electrolito Na1, en un experimento se preparó una celda de ensayo con una disposición de tres electrodos (electrodo de trabajo, contraelectrodo y electrodo de referencia). El material activo del electrodo positivo (cátodo) consistía en óxido de sodio y cobalto con la composición Na0,7CoO2. La composición del electrodo positivo en su conjunto era 94 % en peso de Na0,7CoO2 y 4 % en peso del aglutinante PVDF y 2 % en peso de negro de carbono. El elemento de derivación era una lámina hecha de aluminio. El contraelectrodo y el electrodo de referencia estaban hechos de sodio metálico. Se llenó la celda de ensayo con el electrolito Na1.
Se cargó la celda de ensayo, con una velocidad de carga de 0,1 C, hasta un potencial superior de 4,2 V. Después se efectuó la descarga con una velocidad de descarga de 0,1 C hasta un potencial de descarga de 2,0 voltios. La figura 9 muestra el curso del potencial para los dos primeros ciclos de carga/descarga, en voltios [V], en función de la carga en % de la carga máxima.
Las curvas de potencial muestran un comportamiento de carga y descarga estable. La forma de las curvas es típica de este tipo de material de electrodo.
Experimento 4: Determinación de la conductividad del electrolito Na1 en comparación con el electrolito de referencia
Para determinar la conductividad, se preparó el electrolito Na1 con diversas concentraciones del compuesto Na1. Para cada concentración del compuesto se determinó la conductividad del electrolito utilizando un procedimiento de medida conductivo. Una vez atemperado, se mantuvo un sensor de cuatro electrodos tocando la solución y se midió en un rango de medida de 0,02 - 500 mS/cm.
Se realizaron mediciones idénticas con el electrolito de referencia.
La figura 10 muestra la conductividad del electrolito Na1 en función de la concentración del compuesto Na1. Con fines comparativos, se representa la conductividad del electrolito de referencia en función de la concentración del compuesto de Li correspondiente (véase [V4]).
Se observa un máximo de conductividad a una concentración del compuesto Na1 de 0,6 mol/l, con un alto valor de conductividad de aproximadamente 48 mS/cm. En comparación, el electrolito de referencia tiene un máximo de conductividad, a una concentración del compuesto Li1 de 0,6 mol/l - 0,7 mol/l, de aproximadamente 38 mS/cm.
Así, el electrolito Na1 con la sal conductora Na1 tiene mejor conductividad que el electrolito de referencia con el correspondiente compuesto de litio Li1. Esto ha sido extremadamente sorprendente, ya que por un lado el compuesto de litio ha mostrado, en electrolitos basados en SO<2>del estado de la técnica, una mejor conductividad que el compuesto de sodio, como ya se ha descrito más arriba (véase [V1] US 4.891.281). Por otro lado, el ion sodio es de mayor tamaño que el ion litio, por lo que se espera una mejor conductividad para los electrolitos de litio. Los resultados de los experimentos, resumidos en la tabla 1, muestran los resultados sorprendentes en lo que respecta a las conductividades.
Tabla 1: Conductividades
En comparación, los electrolitos orgánicos conocidos en el estado de la técnica tales como, por ejemplo, LP30 (LiPF6 1 M / EC-DMC (1:1 en peso)), tienen una conductividad de solo aproximadamente 10 mS/cm.
Claims (19)
- REIVINDICACIONES 1. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable que contiene un metal activo, como mínimo un electrodo positivo (4, 23, 44), como mínimo un electrodo negativo (5, 22, 45), una carcasa (1,28, 102) y un electrolito, donde el metal activo es sodio, y donde el electrolito se basa en SO<2>y contiene como mínimo una primera sal conductora que tiene la fórmula (I),FfV'mû i (I) donde - los sustituyentes R1, R2 y R3 están seleccionados, de manera independiente entre sí, del grupo consistente en un átomo de halógeno, un grupo hidroxi y un grupo químico -OR5; el sustituyente R4 está seleccionado del grupo consistente en un grupo hidroxi y un grupo químico -OR5; - el sustituyente R5 está seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<10>, alquenilo C<2>-C<10>, alquinilo C<2>-C<10>, cicloalquilo C<3>-C<10>, arilo C<6>-C<14>y heteroarilo C<5>-C<14>, donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar sin sustituir o sustituidos; - Z es aluminio o boro; - al menos dos de los sustituyentes R1, R2, R3 y R4 pueden formar juntos un ligando de quelato que está coordinado a Z; y - los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos del sustituyente R5 pueden sustituirse adicionalmente con uno o varios átomos de halógeno, en particular flúor, o un grupo químico que está seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo, bencilo, y alquilo C<1>-C<4>, alquenilo C<2>-C<4>, alquinilo C<2>-C<4>, fenilo y bencilo total o parcialmente halogenados, en particular total o parcialmente fluorados.
- 2. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según la reivindicación 1, donde el metal activo sodio está almacenado en el electrodo negativo como: - sodio metálico; y/o - en al menos un material almacenador de sodio, que está seleccionado del grupo consistente en materiales de inserción, materiales de adsorción, materiales formadores de aleación y materiales de conversión.
- 3. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según la reivindicación 2, en la cual el material almacenador de sodio es un material de inserción que contiene carbono, que está seleccionado del grupo consistente en carbono duro (en inglés, "hard carbon"), carbono blando (en inglés, "soft carbon"), grafeno y carbonos dopados con heteroátomo.
- 4. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según la reivindicación 2, en la cual el material almacenador de sodio es un material de inserción exento de carbono, preferiblemente un titanato de sodio, en particular Na2Ti3O7 o NaTi2(PO4)3.
- 5. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según la reivindicación 2, en la cual el material de almacenamiento de sodio es un material formador de aleación de sodio que está seleccionado del grupo consistente en: - metales y aleaciones metálicas almacenadores de sodio, preferiblemente Sn, Sb, o - sulfuros y óxidos de los metales y aleaciones metálicas almacenadoras de sodio, preferiblemente SnSx, SbSx, vidrios de óxido de Sn, Sb.
- 6. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según la reivindicación 2, en la cual el material almacenador de sodio es un material de conversión que está seleccionado del grupo consistente en sulfuros, óxidos, seleniuros y fluoruros de los metales Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn, preferiblemente sulfuros de hierro (FeSx), seleniuros de hierro (FeSex), fluoruros de hierro (FeFx), óxidos de hierro (FeOx), óxidos de cobalto (CoOx), óxidos de níquel (NiOx) y óxidos de cobre (CuOx).
- 7. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según la reivindicación 2, en la cual el electrodo negativo (5, 22, 45) presenta como mínimo un material de ánodo formador de aleación de sodio en combinación con, como mínimo, un material de inserción que contiene carbono.
- 8. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual el electrodo positivo (4, 23, 44) contiene en calidad de material activo como mínimo un compuesto que tiene preferiblemente la composición NaxM'yM'zOa, en donde - M' es al menos un metal que está seleccionado del grupo consistente en los elementos Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn; - M'' es al menos un elemento que está seleccionado del grupo consistente en los elementos de los grupos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16 del sistema periódico de los elementos; - x e y son, de manera independiente entre sí, números mayores que 0; - z es un número mayor que o igual a 0; y - a es un número mayor que 0.
- 9. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual el electrodo positivo (4, 23, 44) se puede cargar al menos hasta un potencial superior de 3,6 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 3,8 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,0 voltios, más preferiblemente al menos hasta un potencial superior de 4,2 voltios y de manera particularmente preferible al menos hasta un potencial superior de 4,4 voltios, en la celda de batería recargable.
- 10. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual los sustituyentes R1, R2, R3 y R4 de la primera sal conductora presentan, de manera independiente entre sí, la estructura del grupo químico -OR5, donde R5 está seleccionado del grupo consistente en alquilo C<1>-C<10>, alquenilo C<2>-C<10>, alquinilo C<2>-C<10>, cicloalquilo C<3>-C<10>, arilo C<6>-C<14>y heteroarilo C<5>-C<14>, donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar sin sustituir o sustituidos.
- 11. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual el sustituyente R5 está seleccionado del grupo consistente en - alquilo C<1>-C<6>, preferiblemente alquilo C<2>-C<4>, de manera particularmente preferible 2-propilo, metilo y etilo; - alquenilo C<2>-C<6>, preferiblemente alquenilo C<2>-C<4>, de manera particularmente preferible etenilo y propenilo; - alquinilo C<2>-C<6>, preferiblemente alquinilo C<2>-C<4>; - cicloalquilo C<3>-C<6>; - fenilo; y - heteroarilo C<5>-C<7>; - donde los grupos alifáticos, cíclicos, aromáticos y heteroaromáticos pueden estar sin sustituir o sustituidos.
- 12. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones 10 a 11, en la cual el sustituyente R5 está sustituido como mínimo con un grupo CF<3>o un grupo OSO<2>CF<3>.
- 13. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual donde el ligando de quelato es bidentado, en particular de acuerdo con la fórmula O-R5-O, o multidentado.
- 14. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual la primera sal conductora está seleccionada del grupo consistente en
- en la cual el electrolito presenta la composición de 5 a 99,4 % en peso de dióxido de azufre, de 0,6 a 95 % en peso de la primera sal conductora, de 0 a 25 % en peso de la segunda sal conductora y de 0 a 10 % en peso de un aditivo, referida en el peso total de la composición de electrolito.
- 16. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual la concentración de cantidad de materia de la primera sal conductora está en el intervalo de 0,01 mol/l a 10 mol/l, preferiblemente de 0,05 mol/l a 10 mol/l, más preferiblemente de 0,1 mol/l a 6 mol/l y de manera particularmente preferible de 0,2 mol/l a 3,5 mol/l, referida al volumen total del electrolito.
- 17. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual el electrolito contiene al menos 0,1 moles de SO<2>, preferiblemente al menos 1 mol de SO<2>, más preferiblemente al menos 5 moles de SO<2>, más preferiblemente al menos 10 moles de SO<2>y de manera particularmente preferible al menos 20 moles de SO<2>por cada mol de sal conductora.
- 18. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual la totalidad de disolventes orgánicos en el electrolito es 50 % en peso como máximo, preferiblemente 40 % en peso como máximo, más preferiblemente 30 % en peso como máximo, más preferiblemente 20 % en peso como máximo, más preferiblemente 15 % en peso como máximo, más preferiblemente 10 % en peso como máximo, más preferiblemente 5 % en peso como máximo, más preferiblemente 1 % en peso como máximo, y de manera particularmente preferible el electrolito está exento de disolventes orgánicos.
- 19. Celda (2, 20, 40, 101) de batería recargable según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual el elemento de derivación del electrodo negativo (5, 22, 45) está conformado de níquel, cobre o aluminio.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP21215533.7A EP4199149B1 (de) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Wiederaufladbare batteriezelle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2991388T3 true ES2991388T3 (es) | 2024-12-03 |
Family
ID=78957304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES21215533T Active ES2991388T3 (es) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Celda de batería recargable |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240332516A1 (es) |
| EP (1) | EP4199149B1 (es) |
| JP (1) | JP2025500908A (es) |
| KR (1) | KR20240122540A (es) |
| CN (1) | CN118414726A (es) |
| CA (1) | CA3241357A1 (es) |
| ES (1) | ES2991388T3 (es) |
| HU (1) | HUE068747T2 (es) |
| PL (1) | PL4199149T3 (es) |
| WO (1) | WO2023111072A1 (es) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117586294B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-05-28 | 山东海化集团有限公司 | 一种四（六氟异丙氧基）硼酸钠的制备方法及其在钠电中的应用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4891281A (en) | 1982-08-09 | 1990-01-02 | Duracell Inc. | Electrochemical cells having low vapor pressure complexed SO2 electrolytes |
| KR101520606B1 (ko) | 2013-10-08 | 2015-05-15 | 전자부품연구원 | 나트륨-이산화황계 이차 전지 및 이의 제조 방법 |
| KR101542880B1 (ko) | 2013-10-08 | 2015-08-07 | 전자부품연구원 | 나트륨-금속염화물계 이차 전지 및 그의 제조 방법 |
| PL3772129T3 (pl) * | 2019-07-31 | 2021-09-27 | Innolith Technology AG | Elektrolit na bazie so2 do ogniwa akumulatorowego umożliwiającego wielokrotne ładowanie i zawierające ten elektrolit ogniwo akumulatorowe umożliwiające wielokrotne ładowanie |
| US11264659B2 (en) * | 2019-08-20 | 2022-03-01 | Uchicago Argonne, Llc | Rechargeable lithium-hydroxide based non-aqueous lithium oxygen batteries |
-
2021
- 2021-12-17 PL PL21215533.7T patent/PL4199149T3/pl unknown
- 2021-12-17 EP EP21215533.7A patent/EP4199149B1/de active Active
- 2021-12-17 HU HUE21215533A patent/HUE068747T2/hu unknown
- 2021-12-17 ES ES21215533T patent/ES2991388T3/es active Active
-
2022
- 2022-12-14 CA CA3241357A patent/CA3241357A1/en active Pending
- 2022-12-14 JP JP2024536049A patent/JP2025500908A/ja active Pending
- 2022-12-14 WO PCT/EP2022/085941 patent/WO2023111072A1/de not_active Ceased
- 2022-12-14 CN CN202280083707.6A patent/CN118414726A/zh active Pending
- 2022-12-14 KR KR1020247023893A patent/KR20240122540A/ko active Pending
-
2024
- 2024-06-14 US US18/743,951 patent/US20240332516A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240332516A1 (en) | 2024-10-03 |
| JP2025500908A (ja) | 2025-01-15 |
| EP4199149A1 (de) | 2023-06-21 |
| WO2023111072A1 (de) | 2023-06-22 |
| CA3241357A1 (en) | 2023-06-22 |
| PL4199149T3 (pl) | 2024-11-25 |
| CN118414726A (zh) | 2024-07-30 |
| HUE068747T2 (hu) | 2025-01-28 |
| EP4199149B1 (de) | 2024-07-17 |
| KR20240122540A (ko) | 2024-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2884936T3 (es) | Electrolito a base de SO2 para un elemento de batería recargable y elemento de batería recargable que comprende el mismo | |
| CN104737352B (zh) | 电池 | |
| JP4521525B2 (ja) | 不燃性非水系電解液およびこれを用いたリチウムイオン電池 | |
| WO2017122597A1 (ja) | 蓄電装置用水系電解液、及び当該水系電解液を含む蓄電装置 | |
| KR20230137982A (ko) | 충전식 배터리 셀용 so2 기반 전해질 및 충전식 배터리 셀 | |
| JP7835769B2 (ja) | 充電式電池セル | |
| JP7818611B2 (ja) | 充電式電池セル | |
| ES2991388T3 (es) | Celda de batería recargable | |
| KR20220021641A (ko) | 수도 커패시터용 전해질 및 이를 포함하는 수도 커패시터 | |
| RU2772790C1 (ru) | Электролит на основе SO2 для элемента аккумуляторной батареи и элемент аккумуляторной батареи | |
| HK40108917A (zh) | 可再充电电池电芯 | |
| Murugan | Development of novel liquid and gel polymer electrolytes for room temperature sodium-sulfur batteries | |
| BR112021023001B1 (pt) | Célula de bateria recarregável | |
| BR112021022999B1 (pt) | Célula de bateria recarregável | |
| BR112021023657B1 (pt) | Eletrólito à base de so2 para uma célula de bateria recarregável e célula de bateria recarregável que compreende o mesmo | |
| HK40058290A (en) | So2-based electrolyte for a rechargeable battery cell, and rechargeable battery cell comprising same | |
| CN121925744A (zh) | 具有噁唑烷结构的化合物、含有该化合物的非水电解液及包含该非水电解液的非水电解液电池 | |
| HK40092900A (zh) | 用於可再充电电池电芯的基於so2的电解质和可再充电电池电芯 | |
| HK40095657A (zh) | 可再充电电池电芯 | |
| HK40059493A (en) | Rechargeable battery cell |