Una estructura recientemente descubierta de un material a base de sodio permite que los materiales se utilicen como electrolitos en baterías de estado sólido, según investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y Penn State PNNL. El equipo está afinando el materialusando un enfoque de diseño iterativo que esperan que ahorre años de tiempo desde la investigación hasta el uso diario.
El electrolito, una de las tres partes principales de una batería, es responsable de transferir iones cargados en una batería de estado sólido. Esto crea una corriente eléctrica una vez que las otras dos partes de la batería, el ánodo y el cátodo, están conectados en uncircuito.
La mayoría de las baterías recargables en teléfonos inteligentes, computadoras y otros productos electrónicos de consumo usan un electrolito líquido a base de litio.
"Los electrolitos líquidos tienen problemas de seguridad porque son inflamables", dijo Donghai Wang, profesor asociado de ingeniería mecánica, Penn State. "Esa ha sido la fuerza motriz para encontrar un buen material para usar en baterías de estado sólido".
El nuevo material del equipo está compuesto de sodio, fósforo, estaño y azufre y tiene una forma de cristal tetragonal. Tiene defectos, o espacios donde estarían ciertos átomos de sodio, estaño y azufre, y estos le permiten transferir iones.
Debido a que el sodio es mucho más abundante que el litio, una batería de iones de sodio podría ser mucho más barata de producir que una batería de iones de litio. El material también sería más seguro de usar.
"Nuestro material tiene una amplia ventana de voltaje y una alta estabilidad térmica", dijo Zhaoxin Yu, investigador postdoctoral en ingeniería mecánica y nuclear, Penn State. "Cuando calienta electrolitos líquidos hasta 150 grados Celsius 302 grados Fahrenheit,se incendiarán o liberarán mucho calor que podría dañar otras baterías o componentes electrónicos. Nuestro material funciona bien hasta 400 grados Celsius 752 grados Fahrenheit ".
El equipo informó en nano energía que su material tiene una conductividad iónica a temperatura ambiente aproximadamente una décima parte de la de los electrolitos líquidos utilizados en las baterías actuales. El descubrimiento importante, dijeron, es la configuración específica de defectos dentro de la estructura cristalina.
"Nuestro descubrimiento de esta nueva estructura de este material también nos muestra que hay una vía para crear una nueva familia de conductores superiónicos de iones de sodio avanzados", dijo Shun-Li Shang, profesor de investigación en ciencia e ingeniería de materiales, Penn State.
El equipo creó y probó esta nueva batería en el laboratorio de Wang, que forma parte del Centro de Tecnología de Almacenamiento de Energía y Baterías de Penn State. Utilizando su proceso de diseño colaborativo, el equipo ha podido identificar cómo diferentes formaciones de cristales, así como inconsistencias enel material, ha afectado su desempeño.
"Si no tiene este conjunto de herramientas, sería difícil lograr un gran avance", dijo Zi-Kui Liu, profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "Nuestro enfoque que utiliza tanto la computación como los experimentosnos permite analizar la razón por la cual los materiales funcionan de manera diferente. Eso acelerará las cosas para la próxima ronda de diseño porque sabemos lo que necesitamos controlar para mejorar el transporte de iones ".
Una parte del modelado del equipo se llevó a cabo en supercomputadoras organizadas por el Instituto de Ciencia Cibernética de Penn State.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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