Muchos dispositivos móviles funcionan con baterías de iones de litio, que podría ser más pequeño, encendedor, más seguro y más eficiente si los electrolitos líquidos que contienen fueran reemplazados por sólidos. Un candidato prometedor para un electrolito de estado sólido es una nueva clase de materiales basados ​​en compuestos de litio, presentado por físicos de Suiza y Polonia.

Las baterías de iones de litio disponibles en el mercado constan de dos electrodos conectados por un electrolito líquido. Este electrolito dificulta que los ingenieros reduzcan el tamaño y el peso de la batería. Adicionalmente, están sujetos a fugas; el litio de los electrodos expuestos entra en contacto con el oxígeno del aire y se autoinflama. Este problema provocó la suspensión total de los vuelos de Dreamliner, un ejemplo espectacular de los problemas provocados por el uso de baterías modernas de iones de litio.

Los laboratorios han estado buscando materiales sólidos capaces de reemplazar los electrolitos líquidos durante años. Los candidatos más populares incluyen compuestos en los que los iones de litio están rodeados por iones de azufre u oxígeno. Sin embargo, en el diario Materiales energéticos avanzados , Un equipo de científicos suizo-polaco ha presentado una nueva clase de compuestos iónicos donde los portadores de carga son iones de litio que se mueven en un entorno de iones amina (NH2) y tetrahidroborato (BH4). La parte experimental del proyecto de investigación se llevó a cabo en Empa, los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales en Dübendorf, y en la Universidad de Ginebra (UG), dirigido por el Prof. Zbigniew Lodziana del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (IFJ PAN) en Cracovia.

"Estábamos tratando con borohidruro de amida de litio, una sustancia previamente considerada como un conductor iónico inadecuado. Este compuesto se elabora moliendo dos componentes en una proporción de uno a tres. Hasta la fecha, nadie ha probado nunca lo que sucede con la conductividad iónica cuando se cambian las proporciones entre estos componentes. Fuimos los primeros en hacerlo y resultó que al reducir el número de grupos NH2 a un cierto límite, Podríamos mejorar significativamente la conductividad. Aumenta tanto que se vuelve comparable a la conductividad de los electrolitos líquidos, "dice el profesor Lodziana.

Este gran impulso en la conductividad iónica abre un nuevo, dirección inexplorada en la búsqueda de un electrolito de estado sólido. Previamente, la atención se centró casi exclusivamente en los cambios en la composición de la sustancia química. Ahora se ha hecho evidente que en la etapa de producción del compuesto, a las proporciones de los ingredientes utilizados para su fabricación son fundamentales.

"Nuestro borohidruro de amida de litio es un representante de una nueva y prometedora clase de materiales electrolíticos de estado sólido. Sin embargo, Pasará algún tiempo antes de que las baterías construidas con dichos compuestos entren en uso. Por ejemplo, no debe haber reacciones químicas entre el electrolito y los electrodos que conduzcan a su degradación. Este problema aún está esperando una solución óptima, "dice el profesor Lodziana.

Las perspectivas de investigación son prometedoras. Los científicos no se limitaron a caracterizar las propiedades físico-químicas del nuevo material. El compuesto se utilizó como electrolito en un típico Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ media celda. La media celda se desempeñó bien en las pruebas de agotamiento y recarga, demostrando estabilidad durante 400 ciclos. Los investigadores han dado pasos prometedores para resolver otro problema importante. El borohidruro de amida de litio descrito en la publicación exhibió una conductividad iónica excelente sólo a aproximadamente 40ºC. En los experimentos más recientes, esto ya se ha reducido por debajo de la temperatura ambiente.

Teóricamente sin embargo, el nuevo material sigue siendo un desafío. Previamente, Los investigadores han construido modelos para sustancias en las que los iones de litio se mueven en un entorno atómico. En el nuevo material, Los iones se mueven entre moléculas ligeras que ajustan su orientación para facilitar el movimiento del litio.

"En el modelo propuesto, la excelente conductividad iónica es una consecuencia de la construcción específica de la red cristalina del material probado. De hecho, esta red consta de dos sub-redes. Resulta que los iones de litio están presentes aquí en las celdas elementales de solo una subrejilla. Sin embargo, la barrera de difusión entre las sub-redes es baja. En condiciones apropiadas, los iones viajan así al segundo, sub-celosía vacía, donde puedan moverse con bastante libertad, "explica el profesor Lodziana.

Esto explica solo algunas de las características observadas del nuevo material. Los mecanismos responsables de su alta conductividad son ciertamente más complejos. Un estudio adicional debería acelerar significativamente la búsqueda de compuestos óptimos para un electrolito de estado sólido y, en consecuencia, acortar el proceso de comercialización de nuevas fuentes de energía que tienen más probabilidades de revolucionar la electrónica portátil.