BATERÍA TRANSPARENTE SECUNDARIA DE IÓN LITIO.

La presente invención se enmarca en el campo de las baterías secundarias de ión litio. Más en particular, la presente invención ofrece un nuevo tipo de batería secundaria de ión litio de lámina delgada, transparente y electrolito polimérico sólido, que puede ser fabricada mediante técnicas de bajo coste y presenta efecto de baja emisividad térmica (low-e). Estado de la técnica La necesidad de conseguir edificios autosuficientes energéticamente conduce por un lado al aprovechamiento energético de la luz solar incidente sobre las superficies acristaladas de edificios, mediante su conversión en energía eléctrica, y por otro, y por necesidades de confort térmico y ahorro energético, a regular los flujos energéticos a través de las mismas. Las células foto voltaicas de lámina delgada cumplen con la primera misión y los vidrios de baja emisividad térmica (low-e) junto con los dispositivos electrocrómicos con la segunda. Los recubrimientos de baja emisividad térmica con transparencia en el visible, nominalmente espejos infrarrojos (heat mirrors), tienen interés ya que reducen la radiación térmica a través de ventanas y superficies acristaladas. Este tipo de recubrimientos está generalmente formado por multicapas dieléctrico-metal-dieléctrico, y son ampliamente usadas en el control térmico de edificios. En general consisten de capas delgadas de Ag que se sitúan entre capas dieléctricas. Capas de óxidos y sulfuros transparentes como TiO2, SnO2, ZnO, ZnS, han sido utilizados en este tipo de estructuras para producir espejos infrarrojos, por ejemplo multicapas como (TiO 2/Ag/TiO 2) n ó (SnO 2/Ag/SnO 2) n. Las baterías de ión litio son uno de los tipos de baterías secundarias más empleadas en la electrónica de consumo. En éstas, al no ocurrir el efecto memoria, se facilita el rendimiento del proceso de recarga, exhiben una mejor ciclabilidad del proceso de carga y descarga, y desarrollan elevados valores de energía. El mercado multimillonario de estos dispositivos ha hecho que se intensifique la investigación sobre este tipo de baterías dirigida a mejorar la razón energía/peso, así como su seguridad. La primera batería recargable de ión litio fue comercializada por Sony en 1991. Desde entonces, la investigación desarrollada en esta área ha sido muy extensa. Hoy en día se centra en la búsqueda de nuevos electrodos (tanto positivos como negativos) que, además de desarrollar elevados valores de capacidad específica, no presenten problemas de seguridad al reaccionar con los iones litio a voltajes extremos y que puedan ser recargados rápidamente. En estos trabajos, se han propuesto numerosos compuestos inorgánicos para la configuración de dichos electrodos (electrodos positivos: LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4, TiO2; electrodos negativos: grafito, SnO2, Li4Ti5O12, CuO, Si, Sn, entre otros). La solicitud de patente JP 2006216336 describe una batería con óxidos Li-M-0, donde M = Ti, Mn, Co, Ni, o sus mezclas; ó M-O, donde M = Ti, Nb, Zn, In, ó Sn como electrodos. En cuanto a la morfología, se han abierto paso los electrodos configurados por nanopartículas, nanofibras, nanotubos y combinaciones de estas morfologías. Recientemente se ha mejorado ostensiblemente el rendimiento electroquímico de dichas baterías cuando se preparan en forma nanométrica y además se controla su morfología de forma específica. También se han propuesto diseños en tres dimensiones, que deberían sustituir en un futuro a los diseños actuales en dos dimensiones, o capas superpuestas. En estas arquitecturas tridimensionales, las fibras, nanofibras o nanotubos, configurarían un electrodo, mientras que el contraelectrodo se constituiría por el material que ocupa los huecos. Otro punto de atención importante es el desarrollo de nuevos electrolitos que aumenten la seguridad de la batería. En la actualidad, las baterías comerciales utilizan en su mayoría electrolitos líquidos, que a los voltajes extremos que se alcanzan durante las operaciones de carga/recarga, se descomponen parcialmente originando componentes orgánicos de cierta inflamabilidad. En este sentido, el desarrollo tecnológico va imponiendo la utilización de electrolitos sólidos poliméricos. Las baterías poliméricas son más ligeras y ofrecen un diseño, tipo laminar, más seguro. No obstante la estabilización de la interfase electrodo/electrolito sigue siendo un problema. Actualmente están reconocidas las ventajas que los conductores poliméricos iónicos proporcionan en relación al buen contacto entre electrolito/electrodo. En los electrolitos poliméricos sólidos y secos, el polímero se emplea como un disolvente sólido de una sal de litio, y no contiene ningún tipo de líquido orgánico, como sucede con la generación anterior de baterías de litio. Sin embargo la baja conductividad iónica que generalmente presentan estos polímeros secos es un inconveniente a superar. Polímeros con frecuencia utilizados son el óxido de polietileno (PEO), y poliacrilnitrilo, disolventes basados en carbonatas (EC, PC) y sus mezclas (DME/EC/PC, DEC/EC/PC), DMSO, compuestos orgánicos sulfurados, THF, etc. Como sales se emplea habitualmente LiPF 6, LiClO 4, LiCF 3SO 3 ó Li(TF- Si). Estos electrolitos poliméricos muestran conductividades de Li + normalmente en el rango de 10 4 a 10 7 S·cm 1 , a temperatura ambiente. Hoy en día se está investigando la utilización de nuevas generaciones de polímeros conductores. Otra alternativa para mejorar las propiedades morfológicas y electroquímicas de los electrolitos poliméricos es la introducción de aditivos cerámicos (fillers). Con estos aditivos cerámicos se pretende mejorar la conductividad del polímero que los contiene por medio de un incremento del grado de amorfo del mismo. 2 ES 2 352 492 A1 La preparación de baterías transparentes de ión litio permitiría, mediante su inclusión en células fotovoltaicas, almacenar y regular la energía obtenida de la luz solar incidente sobre las ventanas o superficies transparentes, consiguiéndose una mayor autosuficiencia energética en edificios y dispositivos. Por otra parte, la aplicación a gran escala de este tipo de baterías transparentes necesita de métodos sencillos y de bajo coste para su fabricación. Descripción detallada de la invención El objeto de la presente invención es resolver los problemas técnicos descritos anteriormente. Para ello, la invención propone una batería transparente secundaria de ión litio que comprende un primer soporte transparente, un primer conductor electrónico transparente, un electrodo negativo transparente, un electrodo positivo transparente, un electrolito de ion litio sólido entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, un segundo conductor transparente, un segundo soporte transparente. El electrodo negativo es, preferentemente, de Ag ó Li4Ti5O12. El electrodo positivo comprende óxido LiFeO 2 ó LiFe 5O 8 (o sus mezclas) dopado con Ag. El electrolito comprende preferentemente un polímero conductor iónico PVP (polivinil pilorridona) y una sal de litio. Los conductores transparentes son preferentemente ITO, SnO2+F, ZnO+Al ó ZnO+Ga. La invención comprende también un procedimiento de fabricación de la batería en el que las distintas capas constituyentes transparentes se depositan sobre los soportes transparentes mediante técnicas de spray pirólisis y dip-coating, o, alternativamente, mediante sputtering u otras técnicas de obtención de láminas delgadas. La batería objeto de la invención puede integrarse con una célula solar de lámina delgada, cuya conexión quedaría regulada por circuito impreso y del que a su vez se puede derivar conexión a sistemas de iluminación externa tipo LED u OLED, sistemas de iluminación que alternativamente pueden integrarse en forma de lámina delgada sobre el propio tándem batería-célula fotovoltaica, e incluso directamente sobre la batería. La batería secundaria de ión litio objeto de la invención tiene como ventaja la posibilidad de ser obtenida en grandes superficies. Además, su transparencia a la luz solar y visible, y el hecho de que puede ser fabricada directamente sobre soportes transparentes (vidrios o polímeros), permite su integración en superficies acristaladas de edificios, y combinada con células solares para ser utilizada en sistemas de ahorro y suficiencia energética en edificios, incluida la iluminación, como fuente externa para sistemas LED u OLED, o mediante la integración de los sistemas LED u OLED como multicapas delgadas en el tándem (sistema LED u OLED + batería de ión litio + célula solar fotovoltaica de lámina fina). Característico de esta batería es su comportamiento de baja emisividad térmica, representando un valor añadido para su empleo en el confort térmico en la edificación. Junto o alternativamente a su efecto de baja emisividad térmica, puede potenciarse su efecto electrocrómico....

1. Batería transparente secundaria de ión litio que comprende: a. un primer soporte transparente (1), b. un primer conductor electrónico transparente (2), c. un electrodo negativo transparente (3), d. un electrolito de ion litio sólido (4) entre el electrodo negativo (3) y el electrodo positivo (5), e. un electrodo positivo transparente (5), f. un segundo conductor transparente (2), g. un segundo soporte transparente (1); caracterizada en que el electrolito (4) comprende un polímero conductor iónico PVP y una sal de litio. 2. Batería según la reivindicación anterior, caracterizada porque el electrodo negativo (3) es Ag. 3. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque el electrodo negativo (3) es un compuesto transparente que reacciona a bajos valores de potencial con los iones litio. 4. Batería según la reivindicación anterior, caracterizada porque el electrodo negativo (3) es Li4Ti5O12. 5. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el electrodo positivo (5) comprende óxido LiFeO 2 ó LiFe 5O 8 (o sus mezclas) dopado con Ag. 6. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el electrodo positivo (5) es Li2FeSiO4 ó Li3V2(PO4)3. 7. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductores transparentes (2) comprenden un material escogido del grupo de los conductores transparentes ITO, SnO2+F, ZnO+Al, ZnO+Ga. 8. Batería según cualquiera del las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la sal de litio es uno de los compuestos del grupo LiPF 6, LiClO 4, LiCF 3SO 3, Li(TFSi) ó LiPO 4. 9. Procedimiento de fabricación de una batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las distintas capas transparentes se depositan sobre los soportes transparentes mediante técnica de spray pirólisis y dip-coating. 10. Procedimiento de fabricación de una batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las distintas capas transparentes se depositan sobre los soportes transparentes mediante técnica de sputtering. 11. Sistema que comprende una batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y una célula fotovoltaica de capa fina transparente (c) transparentes y/o un sistema LED u OLED de iluminación (f). 6 ES 2 352 492 A1 7 ES 2 352 492 A1 8 ES 2 352 492 A1 9 ES 2 352 492 A1 ES 2 352 492 A1 11 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA