El electrolito de una batería de estado sólido produce un conductor rápido de iones de litio – Physics World

Investigadores de la Universidad de Liverpool, Reino Unido, han desarrollado un nuevo electrolito de batería de estado sólido que conduce iones de litio con tanta rapidez que podría competir con los electrolitos líquidos que se encuentran en las omnipresentes baterías de iones de litio actuales. Esta alta conductividad de iones de litio es un requisito previo para el almacenamiento de energía recargable, pero es inusual en sólidos, que de otro modo serían Atractivo para las baterías porque son más seguras y más rápidas de cargar..

El nuevo electrolito tiene la fórmula química Li₇Si₂S₇I y contiene iones ordenados de sulfuro y yoduro dispuestos en una estructura compacta hexagonal y cúbica. Esta estructura hace que el material sea altamente conductor porque facilita el movimiento de los iones de litio en las tres dimensiones. "Se podría imaginarlo como una estructura que permite a los iones de litio tener más 'opciones' para elegir para moverse, lo que significa que es menos probable que se atasquen", explica Matt Rosseinsky, el químico de Liverpool quien dirigió la investigación.

El material adecuado con las propiedades adecuadas

Para identificar un material que facilite esta libertad de movimiento, Rosseinsky y sus colegas utilizaron una combinación de inteligencia artificial (IA) y herramientas de predicción de la estructura cristalina. "Nuestra idea original era crear una nueva familia estructural de conductores de iones inspirada en las complejas y diversas estructuras cristalinas de materiales intermetálicos, como NiZr, para generar una amplia gama de sitios potenciales entre los que se mueven los iones de litio", Rosseinsky explica. La IA y otras herramientas de software ayudaron al equipo a saber dónde buscar, aunque “las decisiones finales siempre las tomaron los investigadores y no el software”.

Tras sintetizar el material en su laboratorio, los investigadores determinaron su estructura con técnicas de difracción y su conductividad de iones de litio con mediciones de RMN y transporte eléctrico. Luego demostraron experimentalmente la eficiencia de la conductividad de los iones de litio integrando el material en una celda de batería.

Explorando la química desconocida

La investigación de Rosseinsky se centra en diseñar y descubrir materiales que respalden una transición hacia formas de energía más sostenibles. Este tipo de investigación implica una amplia variedad de técnicas, incluidos métodos digitales y automatizados, síntesis exploratoria de materiales con nuevas estructuras y enlaces, y la síntesis dirigida de materiales con aplicaciones del mundo real. "Nuestro estudio reunió todas estas direcciones", dice.

Descubrir materiales que difieran de los conocidos es difícil, añade Rosseinsky, sobre todo porque cualquier material candidato debe realizarse experimentalmente en el laboratorio. Una vez que él y sus colegas han determinado la química sintética de un material, deben medir sus propiedades electrónicas y estructurales. Esto requiere inevitablemente una investigación interdisciplinaria: en el presente trabajo, Rosseinsky se asoció con colegas del Fábrica de Innovación de Materiales, el Centro de investigación Leverhulme para el diseño de materiales funcionales, el Instituto Stephenson de Energía Renovable y del Centro Albert Crewe y Escuela de Ingeniería así como el suyo propio Departamento de Química.

Aplicable al campo más amplio de la investigación de baterías.

El proceso que desarrolló el equipo, que se detalla en Ciencia:, podría ser aplicable en todo el campo de la investigación de baterías y más allá, afirma Rosseinsky. "El conocimiento adquirido en nuestro trabajo sobre cómo favorecer el movimiento rápido de iones en sólidos es relevante para materiales distintos de los empleados en las baterías de iones de litio y es generalizable a otras técnicas que dependen de materiales conductores de iones", dice. Mundo de la física. "Esto incluye materiales conductores de protones u iones de óxido y pilas de combustible de estado sólido o electrolizadores para la generación de hidrógeno, así como materiales conductores de sodio y magnesio en estructuras de baterías alternativas".

Los investigadores dicen que Li₇Si₂S₇Probablemente sea solo el primero de muchos materiales nuevos accesibles con su nuevo enfoque. "Por tanto, queda mucho por hacer para definir qué materiales se pueden estudiar y cómo se relacionan sus propiedades de transporte de iones con sus estructuras y composiciones", concluye Rosseinsky.

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
• PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• PlatoESG. Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
• PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
• Fuente: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/