A medida que los dispositivos se vuelven más pequeños y más potentes, requieren más rápido, menor, Baterías más estables. Los químicos de la Universidad de Illinois han desarrollado un sólido superiónico que podría ser la base de las baterías de iones de litio de próxima generación.

El profesor de química Prashant Jain y los estudiantes de posgrado Sarah White y Progna Banerjee describieron el material, nanoclusores ultrapequeños de seleniuro de cobre, en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

"Ahora que estamos viendo este auge de la nanoelectrónica, necesitamos baterías diminutas que se puedan poner en un chip, y eso no puede pasar con los electrolitos líquidos, ", Dijo Jain." Estamos utilizando materiales nanoestructurados para lograr las propiedades en el corazón de la tecnología de iones de litio. Tienen mucha más estabilidad térmica y mecánica, no hay problemas de fugas, y podemos hacer capas de electrolitos extremadamente delgadas para miniaturizar las baterías ".

Las baterías estándar de iones de litio y otras baterías iónicas están llenas de un electrolito líquido por el que se mueven los iones de litio. Los iones fluyen en una dirección cuando se usa la batería, y la dirección opuesta cuando la batería está cargada. Sin embargo, Los electrolitos líquidos tienen varios inconvenientes:requieren volumen, degradar a medida que los ciclos de la batería, tienen fugas y son altamente inflamables, lo que ha provocado explosiones en teléfonos, computadoras portátiles y otros dispositivos. Aunque los electrolitos sólidos son considerablemente más estables, los iones se mueven a través de ellos mucho más lentamente, haciéndolos menos eficientes para aplicaciones de batería.

El electrolito de nanocluster de seleniuro de cobre combina lo mejor de los electrolitos líquidos y sólidos:tiene la estabilidad de un sólido, pero los iones se mueven fácilmente a través de él como un líquido. Se sabe que el seleniuro de cobre es superiónico a altas temperaturas, pero los diminutos nanoclusters son la primera demostración de que el material es superiónico a temperatura ambiente.

Los investigadores descubrieron esta propiedad superiónica por accidente mientras investigaban la reactividad de la superficie del seleniuro de cobre. Se dieron cuenta de que los nanoclusters ultrapequeños, de unos 2 nanómetros de diámetro, se veían muy diferentes de las nanopartículas de seleniuro de cobre más grandes en un microscopio electrónico.

"Ese fue nuestro primer indicio de que tienen estructuras diferentes, "Dijo Jain." Investigamos más, y nos dimos cuenta de que estos pequeños racimos son en realidad semilíquidos a temperatura ambiente ".

La razón del semilíquido, La propiedad superiónica es la estructura especial de los nanoclusters, Dijo Jain. Los iones de selenio mucho más grandes forman una red cristalina, mientras que los iones de cobre más pequeños se mueven a su alrededor como un líquido. Esta estructura cristalina es el resultado de la tensión interna en los racimos.

"Con alrededor de 100 átomos, estos nanoclusters están justo en la interfaz de moléculas y nanopartículas, "Dijo Jain." Ahora mismo, el gran impulso es hacer que cada nanopartícula de una muestra tenga exactamente el mismo tamaño y forma. Resulta que con estos grupos, cada grupo tiene exactamente la misma estructura. De alguna manera, en este tamaño, la estructura electrónica del material es tan estable que cada grupo tiene la misma disposición de átomos ".

Los investigadores están trabajando para incorporar los nanoclusters en una batería, mida la conductividad de los iones de litio y compare el rendimiento con electrolitos de estado sólido y electrolitos líquidos existentes.