Investigadores de Múnich aceleran la difusión del ión-litio en las pilas de estado sólido
El equipo dirigido por el profesor Thomas F. Fässler, de la Cátedra de Química Inorgánica de la Universidad Técnica de Múnich, especializada en nuevos materiales, sustituyó parte del litio del compuesto de antimonida de litio por el metal escandio. "Esto crea huecos específicos, las llamadas vacantes, en la red cristalina del material conductor", explican los investigadores. Estos huecos deberían ayudar a los iones de litio de las baterías de estado sólido a moverse con mayor facilidad y rapidez. Los científicos publicaron recientemente los detalles de sus hallazgos bajo el título "Scandium Induced Structural Disorder and Vacancy Engineering in Li3Sb - Superior Ionic Conductivity in Li3-3xScxSbv" en la revista Materiales energéticos avanzados.
Como el valor de conductividad de los iones de litio del 30% es tan significativamente superior al de los materiales conocidos, el equipo de investigación de Kern se dirigió a la Cátedra de Electroquímica Técnica de la Universidad Técnica de Múnich para confirmar el resultado. El coautor Tobias Kutsch, que llevó a cabo las pruebas adicionales, comentó: "Como el material también conduce la electricidad, supuso un reto especial, y tuvimos que adaptar nuestros métodos de medición en consecuencia". Los resultados se confirmaron.
Por ello, los científicos ven un gran potencial para el nuevo material: "Nuestro resultado representa actualmente un avance significativo en la investigación básica. Al incorporar pequeñas cantidades de escandio, hemos descubierto un nuevo principio que podría servir de modelo para otras combinaciones elementales", afirma el profesor Thomas F. Fässler. Sin embargo, aún son necesarias muchas pruebas para su aplicación en una célula de batería. "Aunque todavía son necesarias muchas pruebas antes de que el material pueda utilizarse en celdas de baterías, somos optimistas. Los materiales que conducen tanto iones como electrones son especialmente adecuados como aditivos en electrodos. Debido a las prometedoras aplicaciones prácticas, ya hemos solicitado una patente para nuestro desarrollo." Según los investigadores, además de la mayor velocidad, el material también ofrece estabilidad térmica y debería ser fácil de producir mediante procesos químicos probados. Ambos son también criterios importantes para una posible comercialización.
Por cierto, los investigadores han descubierto con su trabajo una clase de sustancias completamente nueva, como subraya el primer autor, Jingwen Jiang, investigador de TUMint.Energy Research GmbH: "Nuestra combinación consiste en litio-antimonio, pero el mismo concepto puede aplicarse fácilmente a los sistemas de litio-fósforo. Mientras que el anterior poseedor del récord se basaba en litio-azufre y requería cinco elementos adicionales para su optimización, nosotros sólo necesitamos escandio como componente adicional. Creemos que nuestro descubrimiento podría tener implicaciones más amplias para mejorar la conductividad en una amplia gama de otros materiales."
TUMint.Energy Research GmbH, que participa en el proyecto, se fundó en 2019 como una iniciativa conjunta de la Universidad Técnica de Múnich y el Ministerio de Economía del Estado de Baviera. El objetivo de la institución es aunar la experiencia de la TUM en el campo de las baterías de estado sólido y crear así la base para proyectos industriales. El equipo de la GmbH está formado actualmente por unos 20 científicos adscritos a las cátedras de la TUM participantes. Legalmente, la GmbH es una filial de TUM International GmbH.
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