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(noticias nanowerk) Investigadores dirigidos por el profesor KANG Kisuk del Centro de Investigación de Nanopartículas del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) han anunciado un gran avance en el campo de las baterías de estado sólido de próxima generación. Se cree que sus nuevos hallazgos permitirán el desarrollo de baterías basadas en un novedoso electrolito sólido a base de cloruro que exhibe una conductividad iónica excepcional.
Los resultados fueron publicados en Ciencia (“Diseño de un conductor superión de haluro trigonal mediante la regulación del desorden del orden catiónico”).
Las tesis centrales
![La disposición de los iones metálicos (en este caso itrio) dentro de cada capa afecta la conductividad iónica.](https://www.nanowerk.com/news2/green/id63991_1.jpg)
Investigación
Un problema acuciante de las baterías comerciales actuales es su dependencia de electrolitos líquidos, lo que genera inflamabilidad y riesgo de explosión. Por lo tanto, el desarrollo de electrolitos sólidos no inflamables es de suma importancia para el desarrollo futuro de la tecnología de baterías de estado sólido. Mientras el mundo se prepara para regular los vehículos con motor de combustión interna y ampliar el uso de vehículos eléctricos como parte del cambio global en curso hacia el transporte sostenible, la investigación sobre los componentes centrales de las baterías secundarias, particularmente las baterías de estado sólido, ha cobrado un impulso significativo.
Para fabricar baterías de estado sólido adecuadas para el uso diario, es fundamental desarrollar materiales con alta conductividad iónica, estabilidad química y electroquímica sólida y flexibilidad mecánica. Si bien investigaciones anteriores condujeron con éxito a electrolitos sólidos a base de sulfuros y óxidos con alta conductividad iónica, ninguno de estos materiales cumplió completamente con todos estos requisitos esenciales.
En el pasado, los científicos también han explorado electrolitos sólidos a base de cloruro, conocidos por su conductividad iónica superior, flexibilidad mecánica y estabilidad a altos voltajes. Estas características llevaron a algunos a especular que las baterías a base de cloruro eran las candidatas más probables a las baterías de estado sólido. Sin embargo, estas esperanzas se desvanecieron rápidamente cuando las baterías de cloruro se consideraron poco prácticas debido a su gran dependencia de costosos metales de tierras raras como el itrio, el escandio y los lantánidos como componentes secundarios.
Para abordar estas preocupaciones, el equipo de investigación del IBS investigó la distribución de iones metálicos en electrolitos de cloruro. Creían que la razón por la que los electrolitos de cloruro trigonal pueden lograr una baja conductividad iónica se debe a la variación de la disposición de los iones metálicos dentro de la estructura.
Primero probaron esta teoría en cloruro de litio-itrio, un compuesto común de cloruro de litio metálico. Cuando los iones metálicos estaban cerca del camino de los iones de litio, las fuerzas electrostáticas obstaculizaban su movimiento. Por el contrario, si la ocupación de iones metálicos era demasiado baja, el camino para los iones de litio se volvía demasiado estrecho, afectando su movilidad.
A partir de estos hallazgos, el equipo de investigación desarrolló estrategias para diseñar electrolitos que mitiguen estos factores conflictivos, lo que en última instancia condujo al desarrollo exitoso de un electrolito sólido con alta conductividad iónica. El grupo fue un paso más allá para demostrar con éxito esta estrategia al desarrollar una batería de estado sólido de cloruro metálico de litio a base de circonio que es mucho más barata que las variantes que utilizan metales de tierras raras. Esta fue la primera vez que se demostró la importancia de la disposición de los iones metálicos en la conductividad iónica de un material.
Esta investigación saca a la luz el papel a menudo pasado por alto de la distribución de iones metálicos en la conductividad iónica de electrolitos sólidos a base de cloruro. Se espera que la investigación del Centro IBS allane el camino para el desarrollo de diversos electrolitos sólidos a base de cloruro y avance aún más en la comercialización de baterías de estado sólido, prometiendo una mayor asequibilidad y seguridad en el almacenamiento de energía.
El autor correspondiente, KANG Kisuk, explica: «Este electrolito sólido a base de cloruro recientemente descubierto está preparado para superar las limitaciones de los electrolitos sólidos tradicionales a base de sulfuro y óxido y acercarnos un paso más a la adopción generalizada de baterías de estado sólido».
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