Actualmente existe una fuerte demanda para reemplazar los electrolitos líquidos orgánicos utilizados en las baterías recargables convencionales, con conductores iónicos de estado sólido que permitirán que las baterías sean más seguras y tengan una mayor densidad de energía.
Con ese fin, se ha dedicado mucho esfuerzo a encontrar materiales con conductividades iónicas superiores. Entre los más prometedores, se encuentran los conductores iónicos de estado sólido que contienen polianiones como B 12 H 12 2- . Constituyen una clase particular de materiales debido a su comportamiento de transporte único, que hace que los polianiones giren a una temperatura elevada, promoviendo así en gran medida las conductividades catiónicas.
Sin embargo, un inconveniente importante es la alta temperatura = energía requerida para activar la rotación, lo que a la inversa significa conductividades bajas a temperatura ambiente.
Para abordar ese problema, un grupo de investigación en la Universidad de Tohoku, dirigido por el Profesor Asociado Shigeyuki Takagi y el Profesor Shin-ichi Orimo, ha establecido un nuevo principio para la conducción superiónica a temperatura ambiente. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en letras de física aplicada .
El grupo de investigación pudo reducir la temperatura de activación mediante el uso de complejos de hidruros de metales de transición como una nueva clase de polianiones rotativos, en donde el hidrógeno es la única especie de ligando, uniéndose covalentemente a metales de transición individuales. A diferencia de B 12 H 12 2- polianiones, la rotación de los complejos de hidruros de metales de transición solo requiere desplazamientos de hidrógeno altamente móvil y, por lo tanto, se puede esperar que ocurra con baja energía de activación.
El grupo luego estudió la dinámica de los complejos de hidruros de metales de transición en varios hidruros existentes, y los encontró reorientados, como si giraran repitiendo pequeñas deformaciones, incluso a temperatura ambiente.
Este tipo de movimiento se conoce como "pseudorotación", y rara vez se observa en la materia sólida. Debido a los pequeños desplazamientos de los átomos de hidrógeno, la energía de activación de la pseudorotación es relativamente baja, más de 40 veces menor que la que se informapara la rotación de B 12 H 12 2- .
Como resultado de una conducción de cationes promovida desde una región de baja temperatura por pseudorrotación, la conductividad de iones de litio en Li 5 MoH 11 que contiene MoH 9 3- por ejemplo, puede alcanzar 79 mS cm -1 a temperatura ambiente. Esto es más de tres veces el récord mundial de conductividad de iones de litio a temperatura ambiente reportado hasta ahora. Esto sugiere que se puede lograr una batería de iones de litio de estado sólido con un tiempo de carga más corto a temperatura ambiente.
El mecanismo descubierto es bastante general y sería útil para reducir la temperatura requerida para activar la rotación de polianiones. Esto puede contribuir positivamente a encontrar composiciones que sean susceptibles a conductores superiónicos a temperatura ambiente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tohoku . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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