Arriba se muestran las ilustraciones conceptuales de los fenómenos de transporte de iones en los conductores de iones cristalinos porosos:enfoques anteriores (arriba) y este estudio (abajo). Crédito:UNIST
Un estudio reciente, afiliado al Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) de Corea del Sur ha demostrado nuevos COF único conductor de iones de litio.
Una batería de estado sólido se considera una batería segura que no explota. Es una forma de fortalecer la seguridad mediante el uso de un electrolito sólido en lugar de un electrolito líquido adherido al fuego. Como tal, el rendimiento de los electrolitos sólidos es importante, y recientemente se han desarrollado nuevos materiales de concepto que mejorarán enormemente su rendimiento.
Este avance ha sido dirigido conjuntamente por el profesor Sang-Young Lee y el profesor Sang Kyu Kwak en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST. En este estudio, el equipo demostró un nuevo concepto, a saber, "conductor de iones sólidos" que mueve selectivamente iones de litio a través de canales iónicos, como los tramos de las carreteras. Debido a que son sólidos y capaces de transmitir de manera efectiva solo iones de litio, Se espera que se utilice como material de origen de la batería de próxima generación. como una batería de alto voltaje o una batería de metal de litio.
Las baterías de iones de litio actuales utilizan electrolitos líquidos altamente inflamables, por tanto, son vulnerables a incendios o explosiones. Como alternativa, se está desarrollando un electrolito sólido, pero la conducción de iones es menor que la del electrolito líquido. En particular, muchos de los electrolitos sólidos informados hasta la fecha tienen limitaciones para mejorar el rendimiento de la batería porque los iones migran a lo largo de un camino serpenteante y complicado.
La celda simétrica mostró un comportamiento de decapado / decapado de Li estable y confiable durante más de 320 h sin un aumento apreciable y una fluctuación irreversible de sobrepotencial. Crédito:UNIST
El profesor Lee ha realizado diferentes esfuerzos para resolver este problema, utilizando materiales cristalinos porosos, como los marcos orgánicos covalentes (COF), como conductores de iones. Dentro de este material, hay pasajes dispuestos regularmente, que están diseñados para funcionar solo con iones de litio, mejorando drásticamente el rendimiento de la conducción de iones.
"El conductor de iones de nuevo desarrollo es una fase sólida que no utiliza líquido en absoluto, "dice el Dr. Kihun Jeong en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST, el primer autor de este estudio. "Esto también da cuenta del comportamiento de conducción de iones de litio único de estado sólido".
El comportamiento de conducción de iones de litio individual se refiere a una situación ideal, en el que solo los iones de litio se transmiten a través de un electrolito. Dado que los iones de litio son iones positivos, es común mover los iones negativos juntos. Tal migración innecesaria del anión provoca una reacción secundaria no deseada en la superficie del electrodo, reduciendo así el rendimiento de la batería.
En este estudio, Las estructuras orgánicas del esqueleto se sintetizaron utilizando monómeros aniónicos emparejados con iones de litio. Los aniones se fijan como parte del camino a través del cual pasan los iones de litio. Como resultado, Se realizó un flujo ideal que se trasladó al paso de la estructura única de iones de litio. Los investigadores identificaron teóricamente el uso de la química computacional en la que los iones de litio migran a lo largo de los átomos de oxígeno que se alinean regularmente en los pasajes conductores de iones.
"Este estudio presenta una nueva dirección para el diseño de conductores de iones sólidos, sentar las bases para el desarrollo de 'electrolitos sólidos de alto rendimiento, 'que son esenciales para la comercialización de baterías de próxima generación, incluidas todas las baterías de estado sólido, "dice el profesor Lee." En particular, Los iones de litio se pueden administrar de manera selectiva y eficaz mientras se elimina por completo el solvente orgánico que puede causar una explosión ".
Él añade, "Las propiedades de estos conductores iónicos no solo son adecuadas como electrolito para todas las celdas de estado sólido, pero también se pueden aplicar a electrodos de metal litio altamente reactivos, que se puede utilizar para baterías de metal de litio, que están atrayendo la atención como baterías de alta energía ".
