24.02.2020 - Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)

Investigación de baterías: ¡Encontrar la mezcla correcta!

En la batería del futuro, los sólidos sustituirán a las soluciones electrolíticas actualmente utilizadas. Un equipo de científicos de LMU ha desarrollado una serie de nuevos conductores de iones de sodio. El secreto del mejor material de la serie reside en la mezcla exacta de los ingredientes.

Los días de las baterías de iones de litio convencionales están contados, ya que las baterías de estado sólido se han convertido en una excelente alternativa en el mercado. Su gran ventaja es la sustitución del electrolito líquido que contiene litio por un electrolito sólido. Reduce el riesgo de incendio, elimina la necesidad de un sistema externo para controlar la temperatura y permite una rápida carga y descarga. Para poder producir más baterías sin el crítico recurso del litio en el futuro, se desean nuevos sistemas con sodio como sustituto. El factor decisivo para su éxito es la conductividad, que debe ser lo más alta posible.

Los elementos sodio, aluminio, silicio y azufre juegan un papel importante en el desarrollo de electrolitos sólidos. Las cuatro sustancias están disponibles en abundancia en la Tierra y son de bajo costo. Y en la proporción de mezcla correcta pueden aumentar significativamente la conductividad de un electrolito sólido. En una publicación reciente, los científicos del grupo de la Prof. Bettina Lotsch del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido, Stuttgart, y del Departamento de Química de la LMU han descrito tres nuevos compuestos y han determinado sus propiedades eléctricas. Al hacerlo, descubrieron que mezclando los elementos aluminio y silicio con sodio y azufre en la proporción correcta, se crea una estructura completamente nueva (Na9AlS4SiS4). En comparación con los compuestos sin mezcla (Na5AlS4 y Na4SiS4), esto es particularmente ventajoso para el transporte de iones.

Los iones de sodio tienen muchos ambientes diferentes y de forma irregular en la red formada por los átomos de los otros tres elementos y, por lo tanto, pueden moverse con especial facilidad a través del electrolito: Se mueven a través de un paisaje de energía plana. Los cálculos teóricos que utilizan el método de los llamados Paisajes de Energía de Valencia de Bond (BVEL) apoyan esta hipótesis. Añadiendo una pizca más de silicio, los científicos pudieron optimizar la cantidad de iones de sodio en movimiento. Esto condujo al material conductor más rápido de todos los compuestos: Na8.5(AlS4)0.5(SiS4)1.5.

Estos resultados resaltan la importancia de entender las estructuras con paisajes de energía plana para el desarrollo de electrolitos sólidos para la próxima generación de baterías.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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