p Substituir os eletrólitos líquidos ou poliméricos voláteis e inflamáveis ​​agora usados ​​em baterias de íon-lítio por condutores cerâmicos inorgânicos de lítio-iônico de estado sólido pode melhorar significativamente a segurança e o desempenho das células. Os condutores de estado sólido permitiriam uma nova química de cátodo e ânodo, evita o crescimento de dendritos de metal de lítio e empurra a miniaturização. p Embora os pesquisadores tenham investigado várias famílias estruturais de promissores condutores de íon-lítio de estado sólido nas últimas décadas, o fato de que existem muitas propriedades desejadas - incluindo difusão iônica / superiônica rápida de íons Li, mobilidade eletrônica muito baixa, amplas janelas de estabilidade eletroquímica, e alta estabilidade mecânica - significa que nenhum material surgiu como candidato ideal para desenvolvimento e, portanto, a busca continua.

p A pesquisa anterior foi amplamente conduzida pela intuição química e realizada por meio de investigação experimental imediata. Sintetizar compostos iônicos e medir a condutividade iônica são tarefas trabalhosas e os resultados experimentais podem ser difíceis de interpretar. Métodos computacionais, por outro lado, são fáceis de automatizar e executar em paralelo. Isso é, eles podem identificar com eficiência os materiais que merecem o incômodo e os gastos de investigação experimental na busca de novos eletrólitos de estado sólido.

p As abordagens atuais para a triagem computacional baseiam-se em simulações da estrutura eletrônica para determinar o caráter isolante de um material e em simulações de dinâmica molecular para prever os coeficientes de difusão de íons de lítio. Isso significa executar milhares de cálculos e, portanto, a automação e a reprodutibilidade são essenciais. Os métodos computacionais precisam ser baratos o suficiente para serem executados em milhares de materiais, ainda preciso o suficiente para ser preditivo. No artigo, triagem computacional de alto rendimento para condutores de íon-lítio de estado sólido, os pesquisadores apresentam uma nova estrutura que atende a esses requisitos. Triagem de compostos por meio de vários estágios de filtro computacional, eles sondam novas famílias estruturais para promissores condutores Li-iônicos em um custo-benefício, maneira precisa.

p A nova abordagem foi usada para rastrear dois repositórios de estruturas experimentais, o ICSD e o COD, que descrevem 1, 400 estruturas cristalinas exclusivas entre eles. Depois de identificar os sistemas de isolamento eletrônico, os cientistas usaram seu modelo de pinball recentemente introduzido - uma estrutura que se baseia em observações físicas de como os elétrons se comportam em um sistema iônico e que simplifica muito a modelagem de condutores iônicos - para identificar materiais com probabilidade de exibir difusão iônica rápida. Cerca de 115 estruturas identificadas foram então simuladas com dinâmicas moleculares de primeiros princípios precisas para um total de 45 nanossegundos em temperaturas altas e intermediárias.

p A abordagem resultou na identificação de cinco materiais com difusão iônica rápida - alguns na faixa do conhecido condutor superiônico Li10GeP2S12 - bem como 40 materiais que pelo menos mostraram difusão significativa a 1000 K. Embora não seja possível dizer se estes últimos materiais podem ser considerados condutores de íons rápidos em temperaturas mais baixas por causa das escalas de tempo curtas do estudo, eles são promissores para um estudo mais detalhado.

p Os autores esperam os dados, novos métodos e técnicas de análise descritos no artigo para serem úteis na busca contínua por novos descritores de difusão rápida de íons de lítio no estado sólido. Eles disponibilizaram publicamente as simulações de primeiros princípios realizadas no papel em um arquivo de código aberto no MaterialsCloud