Avance en la investigación de materiales electrolíticos para pilas de estado sólido
Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) afirma haber encontrado una clase de materiales electrolíticos con una conductividad mejorada. Esto debería hacer posible el desarrollo de baterías de estado sólido más potentes.
Según un comunicado de la TUM, se trata de un polvo cristalino que conduce los iones de litio mejor que la media. No contiene azufre, pero sí fósforo, aluminio y una proporción comparativamente alta de litio. Los científicos no son más precisos en este punto. Según el equipo de investigación, las mediciones de laboratorio han demostrado que esta clase de sustancias, hasta ahora ignorada, tiene una gran conductividad.
También se dice que los químicos de la TU Munich han logrado producir en poco tiempo una docena de nuevos compuestos relacionados que contienen, por ejemplo, silicio o estaño en lugar de aluminio. Esta amplia base de materiales permite optimizar rápidamente las propiedades. Los polvos sintetizados son, por tanto, prometedores candidatos a electrolitos para futuras baterías de estado sólido, concluyen los investigadores muniqueses.
Los estudios realizados en la fuente de neutrones de investigación Heinz Maier-Leibnitz contribuyeron de forma decisiva al descubrimiento de la prometedora clase de material electrolítico. "Los neutrones que tenemos del reactor de investigación permiten encontrar incluso los átomos más ligeros. Esto se debe a que los neutrones interactúan con los núcleos de los átomos y no con la corteza atómica, como ocurre con la radiación de rayos X", explica el Dr. Anatoliy Senyshyn, responsable del llamado difractómetro de polvo del reactor de investigación Munich II.
Para ponerlo en perspectiva: mientras que las pilas convencionales utilizan un electrolito líquido a través del cual los iones de litio migran del ánodo al cátodo y viceversa, las pilas de estado sólido no contienen ningún líquido. El electrolito consiste en una sustancia sólida. El problema: hasta la fecha, los iones de litio sólo pueden difundirse lentamente a través de materiales sólidos.
"[...] en la práctica, los electrolitos en estado sólido disponibles hasta ahora, en su mayoría cerámicas oxídicas o compuestos a base de azufre, han demostrado ser incapaces de satisfacer completamente las expectativas", explica el profesor Thomas Fässler, de la cátedra de química inorgánica con especialización en nuevos materiales de la TUM. Junto con su equipo y en estrecha colaboración con TUMint-Energy Research GmbH y la Universidad de Augsburgo, busca electrolitos más eficaces: "Nuestro objetivo era comprender mejor el transporte de iones y luego utilizar este conocimiento para aumentar la conductividad".
Con la ayuda de la difracción de neutrones, los investigadores pudieron visualizar ahora cómo los iones utilizan los espacios libres de la red cristalina para su migración. En la nueva clase de sustancias, estos espacios libres están dispuestos de tal forma que los iones son igualmente móviles en todas las direcciones. Esto está relacionado con la alta simetría de los cristales y es probablemente la causa de la "conductividad superiónica del litio", como dice el equipo de la TUM. Según el profesor Fässler, esta investigación básica tiene el potencial de "acelerar el desarrollo de baterías más potentes".
El proyecto titulado "Potencial de industrialización de las células electrolíticas de estado sólido" fue financiado por el Ministerio de Economía, Desarrollo Regional y Energía del Estado de Baviera.
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