La era de las baterías líquidas podría estar llegando a su fin, gracias a un equipo de investigadores de la Universidad de Duke y sus colaboradores. Estos científicos han descifrado los mecanismos atómicos que hacen que una clase de compuestos llamados argiroditas sean candidatos prometedores tanto para electrolitos de baterías de estado sólido como para convertidores de energía termoeléctrica. Este descubrimiento, junto con el enfoque de aprendizaje automático utilizado para alcanzarlo, podría marcar el comienzo de una nueva era de almacenamiento de energía, con aplicaciones potenciales que van desde las baterías domésticas hasta los vehículos eléctricos de carga rápida.
A medida que el mundo avanza hacia un futuro alimentado por energías renovables, es esencial desarrollar nuevas tecnologías para almacenar y distribuir energía a hogares y vehículos eléctricos. Hasta ahora, las baterías de iones de litio con electrolitos líquidos han sido la opción más utilizada, a pesar de su eficiencia relativamente baja y la tendencia ocasional de estos electrolitos a incendiarse y explotar.
Estos problemas surgen principalmente de los electrolitos líquidos químicamente reactivos dentro de las baterías de Li-ion, que permiten que los iones de litio se muevan libremente entre los electrodos. Sin embargo, este líquido hace que las baterías sean sensibles a las altas temperaturas, lo que puede provocar su degradación y, en última instancia, un desastre térmico.
Ante estos problemas, numerosos laboratorios públicos y privados están invirtiendo tiempo y dinero en el desarrollo de baterías de estado sólido hechas de una variedad de materiales. En teoría, esta opción ofrecería un dispositivo mucho más seguro y estable con una mayor densidad de energía.
Aunque todavía no se ha descubierto una solución comercialmente viable para las baterías de estado sólido, una de las opciones más prometedoras se basa en una clase de compuestos llamados argiroditas. Estos compuestos están construidos a partir de marcos cristalinos específicos y estables, hechos de dos elementos, con un tercero que puede moverse libremente a través de la estructura química.
En su nuevo estudio, los investigadores analizaron una argirodita prometedora hecha de plata, estaño y selenio (Ag8SnSe6). Utilizando una combinación de neutrones y rayos x, los investigadores pudieron revelar el comportamiento molecular del Ag8SnSe6 en tiempo real. También desarrollaron un enfoque de aprendizaje automático para interpretar los datos y crearon un modelo computacional para coincidir con las observaciones utilizando simulaciones mecánicas cuánticas de primeros principios.
Los resultados mostraron que, mientras que los átomos de estaño y selenio creaban un andamiaje relativamente estable, este no era estático. La estructura cristalina se flexiona constantemente para crear ventanas y canales que permiten a los iones de plata cargados moverse libremente a través del material.
Los resultados y, quizás aún más importante, el enfoque que combina la espectroscopía experimental avanzada con el aprendizaje automático, podrían ayudar a los investigadores a hacer progresos más rápidos en la sustitución de las baterías de iones de litio en muchas aplicaciones cruciales. Según Delaire, este estudio es solo uno de una serie de proyectos enfocados en una variedad de compuestos de argirodita prometedores que comprenden diferentes recetas.
Referencia: http://dx.doi.org/10.1038/s41563-023-01560-x
