O estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais Jiaqi KE realiza testes eletroquímicos usando uma configuração de célula de três eletrodos para avaliar a estabilidade de um eletrólito recém-desenvolvido.
Uma tecnologia emergente para tornar as baterias de íons de lítio mais seguras e poderosas envolve o uso de eletrólitos sólidos do que líquidos, os materiais que possibilitam que os íons se movam através do dispositivo para gerar energia.
Uma equipe da Universidade do Texas em pesquisadores de Dallas e seus colegas descobriu que a mistura de pequenas partículas entre dois eletrólitos sólidos pode gerar um efeito chamado “camada de carga espacial”, um acúmulo de carga elétrica na interface entre os dois materiais.
A descoberta pode ajudar no desenvolvimento de baterias com eletrólitos sólidos, chamados baterias de estado sólido, para aplicações, incluindo dispositivos móveis e veículos elétricos. Os pesquisadores publicaram seu estudo em Cartas de energia da ACSonde é apresentado na capa da edição de março.
Os pesquisadores descobriram que a mistura de pequenas partículas entre dois eletrólitos sólidos pode gerar um efeito chamado “camada de carga espacial”, um acúmulo de carga elétrica na interface entre dois eletrólitos sólidos representados nesta ilustração.
Quando os materiais de eletrólitos sólidos separados fazem contato físico, uma camada se forma em seus limites onde partículas carregadas, ou íons, se acumulam devido a diferenças no potencial químico de cada material, disseram Dr. Lyssuo suprofessor assistente de Ciência e Engenharia de Materiais no Escola de Engenharia e Ciência da Computação de Erik Jonsson e um autor co-correspondente do estudo. Ele disse que a camada ajuda a criar caminhos que facilitem a mudança da interface.
“Imagine misturar dois ingredientes em uma receita e inesperadamente obter um resultado melhor que qualquer um dos ingredientes sozinha”, disse Su. “Esse efeito aumentou o movimento de íons além do que um dos materiais poderia alcançar por si só.
“Essa descoberta sugere uma nova maneira de projetar melhores eletrólitos sólidos, escolhendo cuidadosamente materiais que interagem de uma maneira que melhore o movimento iônico, potencialmente levando a baterias de estado sólido com melhor desempenho”.
A pesquisa é um projeto de UTD Baterias e energia para avançar a comercialização e segurança nacional (Beacons) Iniciativa, que lançado Em 2023, com US $ 30 milhões do Departamento de Defesa para desenvolver e comercializar novos processos de tecnologia e fabricação de baterias, aprimorar a disponibilidade doméstica de matérias-primas críticas e treinar trabalhadores de alta qualidade para a indústria.
“A tecnologia de bateria de estado sólido faz parte de nossa pesquisa de químicas de baterias de última geração no Centro de Beacons, e espera-se que os sistemas avançados de bateria melhorem o desempenho dos drones para aplicações de defesa”, disse Dr. Kyeongjae ChoProfessor de Ciência e Engenharia de Materiais, Diretor de Beacons e Autor Co-Corrente do Estudo.
A maioria das baterias de íons de lítio atualmente usadas em produtos de consumo contém eletrólitos líquidos, que são inflamáveis e podem apresentar problemas de segurança. Embora as baterias convencionais de íons de lítio estejam atingindo o limite teórico de quanta energia eles podem armazenar, a SU disse que as baterias de estado sólido mostram promessas para gerar e armazenar mais do que o dobro de energia do que as baterias com eletrólitos líquidos e são mais seguros porque não são inflamáveis.
O desenvolvimento de baterias de estado sólido enfrenta desafios, no entanto, porque é mais difícil mover íons através de materiais sólidos. Os pesquisadores estudaram o desempenho dos compostos de eletrólitos de estado sólido compostos de cloreto de zircônio de lítio e cloreto de lítio e propuseram uma teoria para explicar por que a mistura dos materiais aumentou a atividade iônica.
“A interface formou canais exclusivos para o transporte de íons”, disse Su.
SU e colegas pesquisadores planejam continuar estudando como a composição e a estrutura da interface levam a uma maior condutividade iônica.
Da esquerda: Ciência dos Materiais e Doutorado em Engenharia Jiaqi KE; associado de pesquisa Dr. Boyu Wang; Dr. Laisuo SU, professor assistente de ciência e engenharia de materiais; Engenharia Mecânica Jordan Gatts; e estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais Matthew Beltran.
Outros pesquisadores da UT Dallas que contribuíram para o trabalho incluem o Dr. Boyu Wang, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós -doutorado com beacons; e Dr. Yue Zhouprofessor associado de Engenharia Mecânica.
A equipe da UTD colaborou com dois pesquisadores da Texas Tech University: Dr. Zeeshan Ahmad, Professor Assistente de Engenharia Mecânica e Autor Co-Correr correspondente; e MD Salman Rabi Limon, candidato a doutorado em engenharia mecânica.