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    El nuevo enfoque de detección computacional identifica electrolitos de estado sólido potenciales

    Crédito:Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) MARVEL

    Reemplazar los electrolitos líquidos o poliméricos volátiles e inflamables que ahora se usan en las baterías de iones de litio por conductores cerámicos inorgánicos de estado sólido de iones de litio podría mejorar significativamente tanto la seguridad como el rendimiento de las celdas. Los conductores de estado sólido permitirían una química novedosa de cátodos y ánodos, previene el crecimiento de dendritas de Li-metal y empuja la miniaturización.

    Aunque los investigadores han investigado varias familias estructurales de conductores de iones de litio de estado sólido prometedores durante las últimas décadas, el hecho de que hay muchas propiedades deseadas, incluida la difusión iónica / superiónica rápida de iones de Li, movilidad electrónica muy baja, amplias ventanas de estabilidad electroquímica, y alta estabilidad mecánica:significa que ningún material ha surgido como candidato ideal para el desarrollo y, por lo tanto, la búsqueda continúa.

    La investigación anterior ha sido dirigida en gran medida por la intuición química y llevada a cabo a través de una investigación experimental inmediata. Sin embargo, la síntesis de compuestos iónicos y la medición de la conductividad iónica son tareas que requieren mucha mano de obra y los resultados experimentales pueden ser difíciles de interpretar. Métodos computacionales, por otra parte, son fáciles de automatizar y ejecutar en paralelo. Es decir, pueden identificar de manera eficiente materiales que merecen la molestia y el gasto de la investigación experimental en la búsqueda de nuevos electrolitos en estado sólido.

    Los enfoques actuales para el cribado computacional se basan en simulaciones de la estructura electrónica para determinar el carácter aislante de un material y en simulaciones de dinámica molecular para predecir los coeficientes de difusión de iones de litio. Esto significa ejecutar miles de cálculos, por lo que la automatización y la reproducibilidad son esenciales. Los métodos computacionales deben ser lo suficientemente económicos como para funcionar con miles de materiales, pero lo suficientemente preciso como para ser predictivo. En el artículo Cribado computacional de alto rendimiento para conductores de iones de litio de estado sólido, los investigadores presentan un nuevo marco que cumple con estos requisitos. Cribado de compuestos a través de varias etapas de filtro computacional, Ellos sondean nuevas familias estructurales en busca de conductores iónicos de litio prometedores de una manera rentable y forma precisa.

    El nuevo enfoque se utilizó para filtrar dos repositorios de estructuras experimentales, el ICSD y COD, que describen algunos 1, 400 estructuras cristalinas únicas entre ellos. Después de identificar los sistemas de aislamiento electrónico, los científicos utilizaron su modelo de pinball presentado recientemente, un marco que se basa en observaciones físicas de cómo se comportan los electrones en un sistema iónico y que simplifica enormemente el modelado de conductores iónicos, para identificar materiales que probablemente exhiban una difusión iónica rápida. A continuación, se simularon unas 115 estructuras identificadas con una dinámica molecular precisa de los primeros principios durante un total de 45 nanosegundos a temperaturas altas e intermedias.

    El enfoque dio como resultado la identificación de cinco materiales con difusión iónica rápida, algunos en el rango del conocido conductor superiónico Li10GeP2S12, así como 40 materiales que al menos mostraron una difusión significativa a 1000 K. Aunque no es posible decir si Estos últimos materiales pueden considerarse conductores de iones rápidos a temperaturas más bajas debido a las escalas de tiempo cortas del estudio. son prometedoras para un estudio más detallado.

    Los autores esperan los datos, Los nuevos métodos y técnicas de análisis descritos en el documento serán útiles en la búsqueda en curso de nuevos descriptores de la difusión rápida de iones de litio en estado sólido. Han hecho que las simulaciones de los primeros principios llevadas a cabo en el documento estén disponibles públicamente en un archivo de código abierto en MaterialsCloud.


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