Los investigadores de la Virginia Commonwealth University están trabajando para mejorar la conductividad y la seguridad en las baterías de iones de litio, que se utilizan para alimentar muchos dispositivos electrónicos en todo el mundo, incluidas computadoras portátiles, iPods, satélites, corazones artificiales y teléfonos celulares.
La inestabilidad en las baterías de iones de litio debido a los electrolitos en estado líquido que ayudan a transportar cargas de un electrodo de batería a otro es un peligro que los científicos pueden prevenir, dijo Puru Jena, Ph.D., un distinguido profesor del Departamento de Física en elFacultad de Humanidades y Ciencias. A pesar de esta inestabilidad, los electrolitos en estado líquido son comunes en las baterías de iones de litio debido a su superioridad conductiva sobre electrolitos en estado sólido más estables.
Los estudios teóricos de Jena y su colega Hong Fang, becario postdoctoral en el Departamento de Física, muestran que es posible diseñar electrolitos de estado sólido no solo para ser tan conductores como sus contrapartes líquidas sino también muy estables. Sus hallazgos, que fueronpublicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias este mes, podría conducir a baterías de iones de litio más seguras y potentes.
"Teóricamente, puedes tener tu pastel y comerlo también, en lo que respecta a la estabilidad y la conductividad", dijo Jena.
Los electrolitos, que son centrales para una batería, son sales compuestas de iones positivos y negativos. Los iones positivos son átomos que tienen más protones que electrones, mientras que los iones negativos tienen inversamente más electrones que protones.
En una batería de iones de litio, los iones de litio positivos fluyen entre los electrodos a través de electrolitos. Los iones de litio pueden fluir libremente a través de electrolitos en estado líquido, pero son menos móviles en un electrolito de estado sólido, lo que afecta negativamente la conductividad.
Para mejorar la conductividad en electrolitos de estado sólido, los investigadores produjeron un modelo computacional en el que se elimina un solo ion negativo. Los iones de racimo negativos - grupos de átomos con más electrones que protones - reemplazan el ion ausente.
Los científicos conceptualizaron un giro en un electrolito específico de estado sólido previamente probado por otros investigadores. Originalmente, el electrolito, que pertenece a una familia de cristales llamados antiperovskites, contenía iones positivos hechos de tres átomos de litio y un átomo de oxígeno.los iones se unieron con un solo átomo de cloro que era un ion negativo.
En el modelo computacional, el átomo de cloro se reemplaza por un ión de clúster negativo creado por un átomo de boro y cuatro átomos de flúor unidos a los iones positivos existentes.
Se identificaron otras combinaciones de iones de racimo negativos para mejorar potencialmente la conductividad.
"Reemplazar el ion de cloro con iones de racimo mejora la conductividad porque estos iones son más grandes y permiten que los iones de litio se muevan rápidamente, como si estuvieran en un líquido", dijo Fang.
Jena y Fang ahora están buscando colaboradores para probar su modelo computacional en un laboratorio para eventuales aplicaciones de baterías de iones de litio.
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Materiales proporcionado por Universidad de la Commonwealth de Virginia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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