Pesquisadores da Virginia Commonwealth University estão trabalhando para melhorar a condutividade e a segurança em baterias de íon-lítio, que são usados ​​para alimentar muitos dispositivos eletrônicos em todo o mundo, incluindo laptops, iPods, satélites, corações artificiais e telefones celulares.

A instabilidade em baterias de íon-lítio devido a eletrólitos no estado líquido que ajudam a transportar cargas de um eletrodo de bateria para outro é um perigo que os cientistas podem prevenir, disse Puru Jena, Ph.D., um distinto professor do Departamento de Física da Faculdade de Ciências Humanas. Apesar desta instabilidade, eletrólitos de estado líquido são comuns em baterias de íon-lítio devido à sua superioridade condutiva sobre eletrólitos de estado sólido mais estáveis.

Estudos teóricos de Jena e seu colega Hong Fang, um pós-doutorado no Departamento de Física, mostram que é possível projetar eletrólitos de estado sólido não apenas para serem tão condutores quanto seus equivalentes líquidos, mas também muito estáveis. Suas descobertas, que foram publicados no Proceedings of the National Academy of Sciences este mês, poderia levar a baterias de íon-lítio mais seguras e potentes.

"Teoricamente, Você pode ter seu bolo e comê-lo também, quando se trata de estabilidade e condutividade, "Jena disse.

Eletrólitos, que são centrais para uma bateria, são sais compostos de íons positivos e negativos. Íons positivos são átomos que têm mais prótons do que elétrons, enquanto os íons negativos inversamente têm mais elétrons do que prótons.

Em uma bateria de íon de lítio, os íons de lítio positivos fluem entre os eletrodos via eletrólitos. Os íons de lítio podem fluir livremente através de eletrólitos de estado líquido, mas são menos móveis em um eletrólito de estado sólido, o que afeta adversamente a condutividade.

Para melhorar a condutividade em eletrólitos de estado sólido, os pesquisadores produziram um modelo computacional no qual um único íon negativo é removido. Íons de aglomerados negativos - grupos de átomos com mais elétrons do que prótons - substituem o íon ausente.

Os cientistas conceituaram uma torção em um eletrólito de estado sólido específico previamente testado por outros pesquisadores. Originalmente, o eletrólito, que pertence a uma família de cristais chamados antiperovskitas, continha íons positivos feitos de três átomos de lítio e um átomo de oxigênio. Os íons positivos foram unidos a um único átomo de cloro que era um íon negativo.

No modelo computacional, o átomo de cloro é substituído por um íon de cluster negativo criado por um átomo de boro e quatro átomos de flúor unidos aos íons positivos existentes.

Outras combinações de íons de cluster negativos foram identificadas para aumentar potencialmente a condutividade.

"Substituir o íon cloro por íons cluster melhora a condutividade porque esses íons são maiores e permitem que os íons de lítio se movam rapidamente, como se estivessem em um líquido, "Fang disse.

Jena e Fang estão agora em busca de colaboradores para testar seu modelo computacional em um ambiente de laboratório para eventuais aplicações de bateria de íon-lítio.