O eletrólito da bateria de estado sólido forma um condutor rápido de íons de lítio – Physics World

Pesquisadores da Universidade de Liverpool, no Reino Unido, desenvolveram um novo eletrólito de bateria de estado sólido que conduz íons de lítio tão rapidamente que poderia competir com os eletrólitos líquidos encontrados nas onipresentes baterias de íons de lítio de hoje. Esta alta condutividade de íons de lítio é um pré-requisito para o armazenamento de energia recarregável, mas é incomum em sólidos, que de outra forma são atraente para baterias porque são mais seguras e rápidas de carregar.

O novo eletrólito tem a fórmula química Li₇Si₂S₇I e contém íons sulfeto e iodeto ordenados dispostos em uma estrutura hexagonal e cúbica compacta. Essa estrutura torna o material altamente condutivo porque facilita a movimentação dos íons de lítio em todas as três dimensões. “Poderíamos considerá-lo como uma estrutura que permite que os íons de lítio tenham mais ‘opções’ de escolha para movimento, o que significa que é menos provável que fiquem presos”, explica. Matt Rosseinsky, Químico de Liverpool quem liderou a pesquisa.

O material certo com as propriedades certas

Para identificar um material que facilite essa liberdade de movimento, Rosseinsky e colegas usaram uma combinação de inteligência artificial (IA) e ferramentas de previsão de estrutura cristalina. “Nossa ideia original era criar uma nova família estrutural de condutores iônicos inspirada nas complexas e diversas estruturas cristalinas de materiais intermetálicos, como o NiZr, a fim de gerar uma ampla gama de locais potenciais para os íons de lítio se moverem”, disse Rosseinsky. explica. A IA e outras ferramentas de software ajudaram a equipe a saber onde procurar, embora “as decisões finais fossem sempre tomadas pelos pesquisadores e não pelo software”.

Depois de sintetizar o material em seu laboratório, os pesquisadores determinaram sua estrutura com técnicas de difração e sua condutividade de íons de lítio com medições de RMN e transporte elétrico. Eles então demonstraram experimentalmente a eficiência da condutividade do íon de lítio integrando o material em uma célula de bateria.

Explorando a química desconhecida

A pesquisa de Rosseinsky concentra-se na concepção e descoberta de materiais para apoiar a transição para formas de energia mais sustentáveis. Este tipo de pesquisa envolve uma ampla variedade de técnicas, incluindo métodos digitais e automatizados, síntese exploratória de materiais com novas estruturas e ligações, e síntese direcionada de materiais com aplicações no mundo real. “Nosso estudo reuniu todas essas direções”, diz ele.

Descobrir materiais que diferem dos conhecidos é difícil, acrescenta Rosseinsky, até porque qualquer material candidato deve ser realizado experimentalmente em laboratório. Depois que ele e seus colegas determinarem a química sintética de um material, eles deverão medir suas propriedades eletrônicas e estruturais. Isto requer inevitavelmente investigação interdisciplinar: no presente trabalho, Rosseinsky juntou-se a colegas do Fábrica de Inovação de Materiais, Centro de Pesquisa Leverhulme para Design de Materiais Funcionais, Instituto Stephenson de Energia Renovável e os votos de Centro Albert Crewe e Escola de Engenharia assim como o seu próprio Departamento de Química.

Aplicável ao campo mais amplo de pesquisa de baterias

O processo desenvolvido pela equipe, detalhado em Ciência, poderia ser aplicável em todo o campo da pesquisa de baterias e além, diz Rosseinsky. “O conhecimento adquirido em nosso trabalho sobre como favorecer o movimento rápido de íons em sólidos é relevante para outros materiais além daqueles empregados em baterias de íon-lítio e pode ser generalizado para outras técnicas que dependem de materiais condutores de íons”, diz ele. Mundo da física. “Isso inclui materiais condutores de prótons ou óxidos e células de combustível de estado sólido ou eletrolisadores para geração de hidrogênio, bem como materiais condutores de sódio e magnésio em estruturas alternativas de baterias.”

Os pesquisadores dizem que Li₇Si₂S₇Provavelmente é apenas o primeiro de muitos novos materiais acessíveis com sua nova abordagem. “Há, portanto, muito a fazer para definir quais materiais podem ser estudados e como suas propriedades de transporte de íons se conectam às suas estruturas e composições”, conclui Rosseinsky.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/