Por conseguinte, os eletrólitos sólidos que podem superar estes problemas têm atraído uma atenção crescente nas últimas décadas e têm sido considerados um avanço importante para garantir sistemas de baterias de lítio seguros e duradouros que utilizam um ânodo de lítio metálico. 2 Existem também vários tipos de eletrólitos sólidos.

Tipos de eletrólitos de estado sólido

• Eletrólitos Sólidos Inorgânicos.
Os eletrólitos sólidos inorgânicos possuem uma condutividade iónica relativamente elevada, elevada estabilidade térmica, elevada resistência mecânica e não são inflamáveis. Podem ser divididos em óxidos, sulfuretos e outros. Muitos investigadores têm investigado novos eletrólitos sólidos inorgânicos para substituir os eletrólitos líquidos inflamáveis ​​ou para melhorar o desempenho dos eletrólitos sólidos existentes. ^1,6
Os eletrólitos sólidos inorgânicos de óxido possuem uma elevada estabilidade química e eletroquímica, resistência mecânica e potencial de oxidação. No entanto, os eletrólitos sólidos inorgânicos de sulfuretos apresentam condutividades iónicas mais elevadas do que os eletrólitos de óxido devido à substituição isovalente do oxigénio pelo enxofre, que é mais polarizável. Além disso, os hidretos compostos são considerados eletrólitos sólidos inorgânicos fiáveis ​​devido à sua resistência, elevada estabilidade ao lítio metálico, elevada resistência mecânica e elevada flexibilidade. ^¹

• Eletrólitos Sólidos Poliméricos
Comparativamente aos eletrólitos sólidos inorgânicos, os sólidos poliméricos apresentam vantagens promissoras, como um processo de fabrico mais simples, maior flexibilidade, maior estabilidade química e compatibilidade satisfatória com elétrodos. ^¹
Os eletrólitos poliméricos em gel apresentam as vantagens mais significativas, como a sua forma moldável, dado que o gel é uma forma intermédia entre o líquido e o sólido, exibindo tanto a estabilidade e a flexibilidade dos sólidos como a difusividade dos líquidos. Por outro lado, os eletrólitos sólidos poliméricos de perovskita são conhecidos por apresentarem uma boa estabilidade a altas voltagens. No entanto, as suas condições de preparação são muito rigorosas e a sua condutividade iónica é bastante baixa. ^{^8,9}
A celulose é um material natural, não tóxico, barato e amigo do ambiente, com elevada resistência mecânica e uma grande área superficial específica. Devido às suas propriedades únicas, a celulose pode não só melhorar as propriedades mecânicas dos polímeros nos eletrólitos, mas também impedir o crescimento de dendrites de lítio, atuando como uma barreira física. Além disso, a adição de cargas cerâmicas pode também melhorar significativamente tanto o seu desempenho como a sua resistência mecânica e estabilidade. ^{3, 7}

Propriedades dos Eletrólitos de Estado Sólido
Para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia, os eletrólitos sólidos oferecem diversas vantagens em comparação com os eletrólitos líquidos. As suas principais propriedades são: segurança, flexibilidade, elasticidade ou extensibilidade, portabilidade e auto-reparação. ¹
• Segurança. As boas propriedades mecânicas dos eletrólitos sólidos permitem-lhes resistir à pressão externa e às perfurações, reduzindo assim a possibilidade de curto-circuitos nos dispositivos de armazenamento de energia. Além disso, a sua elevada estabilidade térmica permite que os dispositivos de armazenamento de energia suportem altas temperaturas.
• Flexibilidade. Os eletrólitos sólidos poliméricos não só resolvem o problema de segurança causado por fugas em eletrólitos líquidos, como também são capazes de flexionar e dobrar devido à sua elevada flexibilidade.
• Elasticidade. Os componentes rígidos nos dispositivos podem ser substituídos por materiais elásticos. Além disso, os eletrólitos poliméricos em gel com elevada extensibilidade são amplamente investigados para o fabrico de dispositivos de armazenamento de energia elásticos.
• Portabilidade. Os dispositivos de armazenamento de energia em fibra unidimensional podem ser tecidos em têxteis para melhor se adaptarem ao corpo humano, tornando-os mais atraentes para a eletrónica vestível. • Autorreparação.
Os dispositivos de armazenamento de energia sofrem inevitavelmente stress devido a vários tipos de deformação. Após uma utilização prolongada, estes dispositivos podem sofrer danos, reduzindo a sua vida útil e fiabilidade. Portanto, os dispositivos de armazenamento de energia podem ser concebidos com a capacidade de autorreparar interfaces fissuradas.

Seleção de Materiais
• Matrizes Poliméricas
Com o rápido desenvolvimento das baterias de lítio, embora seja difícil para os eletrólitos poliméricos de componente único satisfazer todos os requisitos simultaneamente, a investigação sobre as estruturas químicas básicas das matrizes poliméricas de componente único pode fornecer uma base sólida e direções claras para ajudar a explorar eletrólitos multicomponentes à base de polímeros com bom desempenho.
O polioxietileno (PEO) de alto peso molecular tem sido amplamente explorado como matriz polimérica para baterias de polímero de lítio devido às suas boas propriedades mecânicas e boa compatibilidade com elétrodos. Por outro lado, o poliacrilonitrilo (PAN) apresenta uma excelente estabilidade eletroquímica, uma ampla janela eletroquímica, uma boa estabilidade térmica e uma considerável resistência mecânica. Além disso, o elevado potencial de resistência à oxidação dos eletrólitos de PAN torna-os adaptáveis ​​a materiais catódicos de alta tensão para alcançar uma elevada densidade de energia. Os policarbonatos alifáticos (APCs) também se revelaram boas matrizes poliméricas alternativas para eletrólitos de estado sólido, assim como os poliacrilatos (PAs), que apresentam uma boa compatibilidade interfacial e são económicos. ^{^1,4}
• Matrizes Poliméricas Concebidas
Os eletrólitos sólidos à base de polímeros (PSEs) com matrizes poliméricas modificadas podem reduzir as regiões poliméricas cristalinas sem separação de fases, melhorando assim a sua condutividade iónica. Além disso, a introdução de cadeias rígidas ou a construção de polímeros em rede podem melhorar a resistência dos PSEs, o que pode reduzir o crescimento de dendrites de lítio.
Ao adicionar um copolímero, podem ser alcançadas melhores propriedades mecânicas e uma condutividade iónica adequada para eletrólitos à base de copolímeros em condições ambientais. A reticulação destes polímeros pode aumentar ainda mais o módulo de armazenamento dinâmico dos eletrólitos poliméricos e melhorar tanto a sua estabilidade térmica como a sua resistência à tração.
Uma rede polimérica interpenetrante (IPN) contém duas ou mais redes poliméricas reticuladas distintas, não existindo ligações covalentes entre elas. Devido às suas estruturas inerentemente parcialmente emaranhadas, as redes IPN não podem ser separadas a menos que as ligações químicas sejam quebradas, o que melhora significativamente a estabilidade dimensional e a compatibilidade entre as duas fases imiscíveis. Os domínios cristalinos numa IPN são reduzidos a quase zero, o que é altamente benéfico para melhorar a condução iónica. ^¹

Aplicações dos eletrólitos de estado sólido:
O rápido desenvolvimento de eletrólitos poliméricos sólidos (PSEs) está a impulsionar o avanço das baterias de lítio de alto desempenho para aplicações práticas. De seguida, iremos discutir os avanços recentes na aplicação de PSEs em baterias de iões de lítio de estado sólido, baterias de lítio-enxofre e baterias de lítio flexíveis. ¹⁰
• Baterias de Lítio. As baterias de iões de lítio (LIBs) são tecnologias com muitas aplicações potenciais. A adoção de PSEs para substituir os eletrólitos líquidos atuais ofereceria inúmeros benefícios para as LIBs, tais como propriedades mecânicas melhoradas, maior segurança e vida útil, aumento da densidade de energia e o potencial de utilização de um ânodo de lítio metálico de alta capacidade.
• Baterias de Lítio-Enxofre. As baterias de lítio-enxofre (LSBs) têm sido amplamente consideradas uma das candidatas mais promissoras para os sistemas de armazenamento de energia da próxima geração. Isto deve-se à sua elevada densidade energética e ao uso de enxofre, um recurso abundante, barato e amigo do ambiente. Comparativamente ao grande sucesso comercial das LIBs, a aplicação prática das LSBs é ainda dificultada por diversos fatores.
• Baterias flexíveis de lítio. Com o avanço da eletrónica flexível e portátil, as baterias flexíveis como fonte de energia são essenciais para esta tecnologia emergente.
^utilizados em supercondensadores flexíveis devido à fuga e à falta de elasticidade. Como resultado, os eletrólitos líquidos são substituídos por eletrólitos sólidos ou semissólidos.

[1] LLYZ Tingting Ye, “Progressos recentes em eletrólitos sólidos para dispositivos de armazenamento de energia”, Advanced Functional Materials, Nanjing, China, 2 de março de 2020.
[2] XLHBWHL Xiaoyan Liu, “Recent advances of solid-state hybrid electrólitos para baterias de lítio”, Chemistry European Journal, Zhejiang, China, 2018.
[3] HYZDYLJLMLJWXL Penghui Yao, “Revisão sobre eletrólitos compósitos à base de polímeros para baterias de lítio”, Frontiers in Chemistry, Shenzhen, China, 8 de agosto de 2019.
[4] A. M. Xingwen Yu, «A review of composite polymer-ceramic electrolytes for lithium batteries,» Energy storage materials, Austin, Estados Unidos, 5 de Octubre 2020.
eletrólitos compósitos de polímero-cerâmica para baterias de lítio”, Energy Storage Materials, Austin, Estados Unidos, 5 de outubro de 2020. Eletrólitos aquosos, não aquosos e totalmente de estado sólido para supercapacitores à base de carbono: uma mini-revisão, » Energy & Fuels, 35(8), 6465-6482, Tamil Nadu, Índia, 2021.
[6] CMJAMKZ Mogalahalli V. Reddy, «Eletrólitos sólidos inorgânicos de sulfureto e óxido para baterias de lítio de estado sólido: uma revisão», Centro de Excelência em Eletrificação de Transportes e Armazenamento de Energia (CETEES), Montreal, Canadá, 15 de agosto de 2020.
[7] LWYCPWHZXH Jingnan Feng, “Eletrólitos sólidos híbridos polímero-cerâmica à base de PEO: uma revisão”, Nano Convergência, Pequim, China, 10 de janeiro de 2021.
[8] JYPHHZ Wenjia Zhao, “Eletrólitos de estado sólido para baterias de iões de lítio: fundamentos, desafios e perspetivas”, Electrochemical Energy Reviews, Zhejiang, China, 12 de agosto de 2019. [9]
SMSHAFS Saeideh Alipoori, «Revisão de eletrólitos de polímero em gel à base de PVA em estado sólido flexível» supercapacitores: oportunidades e desafios,» Journal of energy storage, 27(2020) 101072, Teerão, Irão, 9 de novembro de 2019.
[10] ZWLSJZKEJMSY Fei Lv, «Desafios e desenvolvimento de eletrólitos de estado sólido compostos para baterias de iões de lítio de alto desempenho,» Journal of power sources 441 (2019) 227175, Jiaxing, China. Uppsala, Suécia., 18 de setembro de 2019.