Una tecnología emergente para hacer que las baterías de iones de litio sean más seguras y potentes implica el uso de electrolitos sólidos en lugar de líquidos, los materiales que permiten que los iones se muevan a través del dispositivo generen energía.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y sus colegas han descubierto que la mezcla de pequeñas partículas entre dos electrolitos sólidos puede generar un efecto llamado “capa de carga espacial”, una acumulación de carga eléctrica en la interfaz entre los dos materiales.

El hallazgo podría ayudar al desarrollo de baterías con electrolitos sólidos, llamados baterías de estado sólido, para aplicaciones que incluyen dispositivos móviles y vehículos eléctricos. Los investigadores publicaron su estudio en ACS Energy Letters, donde aparece en la portada de la edición de marzo.

Cuando los materiales de electrolitos sólidos separados hacen contacto físico, se forma una capa en su límite donde las partículas o iones cargadas, se acumulan debido a las diferencias en el potencial químico de cada material, dijo el Dr. Laisuo Su, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación de Erik Jonsson y un autor correspondiente al estudio del estudio. Dijo que la capa ayuda a crear vías que facilitan que los iones se muevan a través de la interfaz.

“Imagine mezclar dos ingredientes en una receta e inesperadamente obtener un resultado que sea mejor que cualquier ingrediente solo”, dijo Su. “Este efecto aumentó el movimiento de iones más allá de lo que cualquier material podría lograr por sí mismo.

“Este descubrimiento sugiere una nueva forma de diseñar mejores electrolitos sólidos eligiendo cuidadosamente los materiales que interactúan de una manera que mejore el movimiento iónico, lo que puede conducir a baterías de estado sólido de mejor rendimiento”.

La investigación es un proyecto de las baterías y la energía de UTD para avanzar en la iniciativa de comercialización y seguridad nacional (Beacons), que se lanzó en 2023 para desarrollar y comercializar nuevas tecnologías de baterías y procesos de fabricación, mejorar la disponibilidad interna de materias primas críticas y capacitar a trabajadores de alta calidad para la industria.

“La tecnología de batería de estado sólido es parte de nuestra investigación de químicas de batería de próxima generación en el Beacons Center, y se espera que permita a los sistemas de baterías avanzados mejorar el rendimiento de los drones para las aplicaciones de defensa”, dijo el Dr. Kyeongjae Cho, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, director de Beacons y un autor de coordenamiento del estudio.

La mayoría de las baterías de iones de litio que se utilizan actualmente en productos de consumo contienen electrolitos líquidos, que son inflamables y pueden presentar problemas de seguridad. Aunque las baterías convencionales de iones de litio están alcanzando el límite teórico de la cantidad de energía que pueden almacenar, SU dijo que las baterías de estado sólido son prometedores para generar y almacenar más del doble de energía que las baterías con electrolitos líquidos, y son más seguras porque no son inflamables.

Sin embargo, el desarrollo de baterías de estado sólido enfrenta desafíos porque es más difícil mover los iones a través de materiales sólidos. Los investigadores estudiaron el rendimiento de los compuestos de electrolitos de estado sólido cloruro de circonio de litio y cloruro de litio de itrio y propusieron una teoría para explicar por qué mezclar los materiales aumentó la actividad iónica.

“La interfaz formó canales únicos para el transporte de iones”, dijo Su. Su y otros investigadores planean continuar estudiando cómo la composición y la estructura de la interfaz conducen a una mayor conductividad iónica.

Otros investigadores de UT Dallas que contribuyeron al trabajo incluyen al Dr. Boyu Wang, primer autor del estudio e investigador postdoctoral con balizas; y el Dr. Yue Zhou, profesor asociado de ingeniería mecánica.

Proporcionado por la Universidad de Texas en Dallas

Cita: el efecto de ‘capa de carga espacial’ podría aumentar el rendimiento de la batería de estado sólido (2025, 2 de junio) recuperado el 2 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-space-layer-effect-boost-solid.html

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Fuente: lavelez.com.ar