Para que las baterías de estado sólido sean prácticas para el uso diario, es fundamental conseguir varios objetivos. Los principales son: desarrollar materiales con alta conductividad iónica, estabilidad química y electroquímica sólida y flexibilidad mecánica.
Investigadores dirigidos por el profesor KANG Kisuk del Centro de Investigación de Nanopartículas del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) anunciaron a fines de 2023 un gran avance en el campo de las baterías de estado sólido de próxima generación. Se cree que sus nuevos hallazgos permitirán la creación de baterías basadas en un novedoso electrolito sólido. A base de cloruro que exhibe una conductividad iónica excepcional.
Una preocupación apremiante con las baterías comerciales actuales es su dependencia de electrolitos líquidos. Lo que genera riesgos de inflamabilidad y explosión. Por lo tanto, el desarrollo de electrolitos sólidos no combustibles es de suma importancia para el avance de la tecnología de baterías de estado sólido para vehículos eléctricos.
En el actual cambio global hacia la movilidad sostenible, el mundo se prepara para eliminar los vehículos con motor de combustión interna. Y pretende ampliar el uso de vehículos eléctricos. Por lo que la investigación sobre los componentes centrales de las baterías secundarias, particularmente las baterías de estado sólido, ha cobrado un impulso significativo.
Baterías de estado sólido
Para que las baterías de estado sólido sean prácticas para el uso diario, es fundamental conseguir varios objetivos. Como desarrollar materiales con alta conductividad iónica, estabilidad química y electroquímica sólida y flexibilidad mecánica.
Las investigaciones anteriores lograron fabricar electrolitos sólidos a base de sulfuros y óxidos con alta conductividad iónica. Pero ninguno de estos materiales cumplía completamente con todos estos requisitos esenciales.
En el pasado, los científicos también exploraron electrolitos sólidos a base de cloruro. Conocidos por su conductividad iónica superior, flexibilidad mecánica y estabilidad a altos voltajes. Estas propiedades llevaron a algunos a especular que las baterías a base de cloruro son las candidatas más probables a las baterías de estado sólido.
Sin embargo, estas esperanzas se extinguieron rápidamente. Ya que las baterías de cloruro se consideraron poco prácticas debido a su gran dependencia de costosos metales de tierras raras. Incluidos itrio, escandio y lantánidos, como componentes secundarios. Últimas innovaciones en baterías de estado sólido.
Electrolitos de cloruro
Para abordar estas preocupaciones, el equipo de investigación del IBS analizó la distribución de iones metálicos en electrolitos de cloruro. Creían que la razón por la que los electrolitos de cloruro trigonal pueden lograr una baja conductividad iónica se basa en la variación de la disposición de los iones metálicos dentro de la estructura.
Primero probaron esta teoría en cloruro de litio-itrio, un compuesto común de cloruro de litio metálico. Cuando los iones metálicos se colocaron cerca del camino de los iones de litio, las fuerzas electrostáticas obstruyeron su movimiento. Por el contrario, si la ocupación de iones metálicos era demasiado baja, el camino para los iones de litio se volvía demasiado estrecho, impidiendo su movilidad.
Diseñando nuevos elementos
A partir de estos conocimientos, el equipo de investigación introdujo estrategias para diseñar electrolitos de una manera que mitigue estos factores conflictivos, lo que en última instancia condujo al desarrollo exitoso de un electrolito sólido con alta conductividad iónica.
El grupo fue más allá y demostró con éxito esta estrategia al crear una batería de estado sólido de cloruro metálico de litio basada en circonio. Que es mucho más barata que las variantes que emplean metales de tierras raras. Este fue el primer caso en el que se demostró la importancia de la disposición de los iones metálicos en la conductividad iónica de un material.
Esta investigación saca a la luz el papel a menudo pasado por alto de la distribución de iones metálicos en la conductividad iónica de electrolitos sólidos a base de cloruro. Se espera que la investigación del Centro IBS allane el camino para el desarrollo de diversos electrolitos sólidos a base de cloruro. E impulse aún más la comercialización de baterías de estado sólido, prometiendo una mayor asequibilidad y seguridad en el almacenamiento de energía. Lo que sin dudas ayudará a alcanzar mayores niveles de movilidad eléctrica. La investigación fue publicada en Science, una de las revistas científicas más prestigiosas del mundo.
