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La imagen representa los iones de litio (en azul) moviéndose a través de la estructura de la Universidad CREDIT de Liverpool. |
Abstracto:
Uno de los principales desafíos para la ciencia de materiales es el diseño y descubrimiento de nuevos materiales que cumplan con prioridades globales como Net Zero.
El descubrimiento de un nuevo conductor de iones de litio abre una nueva dirección para las baterías sostenibles: investigadores de la Universidad de Liverpool han descubierto un nuevo material sólido que conduce rápidamente iones de litio
Liverpool, Reino Unido | Publicado el 16 de febrero de 2024
En un artículo publicado en la revista Science, investigadores de la Universidad de Liverpool descubrieron un material sólido que conduce rápidamente iones de litio. Estos electrolitos de litio son componentes esenciales de las baterías recargables que alimentan los vehículos eléctricos y muchos dispositivos electrónicos.
El nuevo material está hecho de elementos no tóxicos que se encuentran en la tierra y tiene una conductividad de iones de litio suficientemente alta para reemplazar los electrolitos líquidos en la tecnología actual de baterías de iones de litio, mejorando la seguridad y la capacidad energética.
Utilizando un enfoque científico transformador para diseñar el material, el equipo interdisciplinario de investigadores de la universidad sintetizó el material en el laboratorio, determinó su estructura (la disposición de los átomos en el espacio) y lo demostró en una celda de batería.
El nuevo material es uno de los pocos materiales sólidos que logra una conductividad de iones de litio lo suficientemente alta como para reemplazar los electrolitos líquidos y funciona de una manera nueva debido a su estructura.
Su descubrimiento se logró a través de un flujo de trabajo experimental y computacional colaborativo que utilizó inteligencia artificial y cálculos basados en la física para respaldar las decisiones tomadas por expertos universitarios en química.
El nuevo material proporciona una plataforma para optimizar la química para mejorar aún más las propiedades del propio material e identificar otros materiales basándose en los nuevos hallazgos del estudio.
El profesor Matt Rosseinsky, del Departamento de Química de la Universidad de Liverpool, dijo: «Esta investigación demuestra el diseño y descubrimiento de un material que es a la vez nuevo y funcional». La estructura de este material cambia la comprensión previa de lo que es un sólido de alto rendimiento. ¿Cómo se ve el estado del electrolito?
“En particular, los sólidos con muchos ambientes diferentes para los iones móviles pueden funcionar muy bien, no sólo la pequeña cantidad de sólidos donde hay una gama muy estrecha de ambientes iónicos. Esto amplía drásticamente el espacio químico disponible para futuros descubrimientos.
Informes recientes y artículos de los medios anuncian el uso de herramientas de inteligencia artificial para buscar materiales potencialmente nuevos. En estos casos, las herramientas de IA funcionan de forma independiente unas de otras y, por lo tanto, es probable que reproduzcan aquello en lo que han sido entrenadas de diferentes maneras, produciendo materiales que pueden ser muy similares a materiales conocidos.
«Esta investigación de descubrimiento muestra que la IA y las computadoras utilizadas por los expertos pueden abordar el complejo problema del descubrimiento de materiales en el mundo real, donde buscamos diferencias significativas en la composición y estructura, cuyos efectos sobre las propiedades se evalúan en función de la comprensión».
«Nuestro enfoque de diseño disruptivo ofrece un nuevo camino para descubrir estos y otros materiales de alto rendimiento que dependen del rápido movimiento de iones en sólidos».
El estudio llevado a cabo fue un esfuerzo conjunto entre investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Liverpool, la Fábrica de Innovación de Materiales, el Centro de Investigación para el Diseño de Materiales Funcionales de Leverhulme, el Instituto Stephenson de Energías Renovables, el Centro Albert Crewe y la Escuela de Ingeniería.
El trabajo fue financiado por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), el Leverhulme Trust y la Institución Faraday.
El artículo, “Transporte superiónico de litio a través de múltiples entornos de coordinación definidos por dos empaquetamientos de aniones”, se publicó en Science.
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