p Uma estrutura recém-descoberta de um material à base de sódio permite que os materiais sejam usados ​​como eletrólito em baterias de estado sólido, de acordo com pesquisadores da Penn State e do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). A equipe está ajustando o material usando uma abordagem de design iterativa que eles esperam reduzir em anos o tempo desde a pesquisa até o uso diário. p O eletrólito, uma das três partes principais de uma bateria, é responsável pela transferência de íons carregados em uma bateria de estado sólido. Isso cria uma corrente elétrica, uma vez que as outras duas partes da bateria, o ânodo e cátodo, estão conectados em um circuito.

p A maioria das baterias recarregáveis ​​em smartphones, computadores e outros produtos eletrônicos de consumo usam um líquido, eletrólito à base de lítio.

p "Eletrólitos líquidos têm problemas de segurança porque são inflamáveis, "disse Donghai Wang, professor associado de engenharia mecânica, Estado de Penn. "Essa tem sido a força motriz para encontrarmos um bom material para uso em baterias de estado sólido."

p O novo material da equipe é composto de sódio, fósforo, estanho e enxofre e tem uma forma de cristal tetragonal. Tem defeitos, ou espaços onde determinado sódio, átomos de estanho e enxofre seriam, e estes permitem a transferência de íons.

p Como o sódio é muito mais abundante que o lítio, uma bateria de íon de sódio seria potencialmente muito mais barata de produzir do que uma bateria de íon de lítio. O material também seria mais seguro de usar.

p "Nosso material tem uma ampla janela de tensão, bem como alta estabilidade térmica, "disse Zhaoxin Yu, pesquisador de pós-doutorado em engenharia mecânica e nuclear, Estado de Penn. "Quando você aquece eletrólitos líquidos em até 150 graus Celsius (302 graus Fahrenheit), eles pegam fogo ou liberam muito calor, o que pode danificar outras baterias ou componentes eletrônicos. Nosso material tem um bom desempenho até 400 graus Celsius (752 graus Fahrenheit). "

p A equipe reportou em Nano Energia que seu material tem condutividade iônica em temperatura ambiente cerca de um décimo da dos eletrólitos líquidos usados ​​nas baterias atuais. A descoberta importante, eles disseram, é a configuração específica de defeitos na estrutura do cristal.

p "Nossa descoberta desta nova estrutura deste material também nos mostra que há um caminho para a criação de uma nova família de condutores superiônicos de íons de sódio avançados, "disse Shun-Li Shang, professor de pesquisa em ciência e engenharia de materiais, Estado de Penn.

p A equipe criou e testou esta nova bateria no laboratório de Wang, que faz parte do Centro de Tecnologia de Armazenamento de Energia e Bateria da Penn State. Usando seu processo de design colaborativo, a equipe foi capaz de identificar como as diferentes formações de cristal, bem como inconsistências no material, afetaram seu desempenho.

p "Se você não tem este conjunto de ferramentas, seria difícil fazer uma descoberta, "disse Zi-Kui Liu, distinto professor de ciência e engenharia de materiais, Estado de Penn. "Nossa abordagem que usa computação e experimentos nos permite analisar a razão pela qual os materiais têm desempenho diferente. Isso tornará as coisas mais rápidas para a próxima rodada de design porque sabemos o que precisamos controlar para melhorar o transporte de íons."

p Uma parte da modelagem da equipe ocorreu em supercomputadores hospedados pelo Penn State's Institute for CyberScience.