(Phys.org) - Mirando hacia baterías mejoradas para cargar autos eléctricos y almacenar energía de energía solar y eólica renovable pero intermitente, Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han desarrollado el primer electrolito sólido nanoestructurado para baterías de iones de litio de mayor densidad energética.

Las baterías de iones de litio de hoy dependen de un electrolito líquido, el material que conduce iones entre el ánodo cargado negativamente y el cátodo positivo. Pero los electrolitos líquidos a menudo conllevan problemas de seguridad debido a su inflamabilidad, especialmente cuando los investigadores intentan acumular más energía en un volumen de batería más pequeño. Construyendo baterías con un electrolito sólido, como han demostrado los investigadores de ORNL, podría superar estos problemas de seguridad y limitaciones de tamaño.

"Para hacer un batería ligera, Necesitamos el diseño al principio para tener en cuenta la seguridad, "dijo Chengdu Liang de ORNL, quien dirigió el estudio recientemente publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense . "Comenzamos con un material convencional que es altamente estable en un sistema de batería, en particular uno que es compatible con un ánodo de metal de litio".

La capacidad de utilizar metal de litio puro como ánodo podría, en última instancia, producir baterías de cinco a 10 veces más potentes que las versiones actuales. que emplean ánodos a base de carbono.

"El ciclo de metal de litio altamente reactivo en electrolitos orgánicos inflamables causa serios problemas de seguridad, "Dijo Liang." Un electrolito sólido permite que el metal de litio tenga un buen ciclo, con una seguridad muy mejorada ".

El equipo de ORNL desarrolló su electrolito sólido manipulando un material llamado tiofosfato de litio para que pudiera conducir iones 1, 000 veces más rápido que su forma natural a granel. Los investigadores utilizaron un proceso químico llamado nanoestructuración, que altera la estructura de los cristales que componen el material.

"Piense en términos de un gran cristal de cuarzo frente a una arena de playa muy fina, ", dijo el coautor Adam Rondinone." Puede tener el mismo volumen total de material, pero se divide en partículas muy pequeñas que se empaquetan juntas. Está hecho de los mismos átomos en aproximadamente las mismas proporciones, pero a nanoescala la estructura es diferente. Y ahora este material sólido conduce iones de litio a una velocidad mucho mayor que el gran cristal original ".

Los investigadores continúan probando celdas de batería a escala de laboratorio, y está pendiente una patente sobre la invención del equipo.

"Usamos una temperatura ambiente, reacción basada en soluciones que creemos que se puede ampliar fácilmente, ", Dijo Rondinone." Es una forma energéticamente eficiente de producir grandes cantidades de este material ".