Aplicabilitatea cristalelor superionice devine o realitate şi suntem mai aproape de crearea unui nou tip revoluţionar de baterie
Devenind un subiect popular în ultimii cinci ani, cristalele superionice sunt un hibrid solid-lichid. Unele componente moleculare au o structură cristalină rigidă, iar altele devin lichide dacă se depăşeşte o anumită temperatură, fiind capabile să treacă prin scheletul solid, scrie Phys.
În noul studiu, savanţii de la Duke University, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) şi Argonne National Laboratory (ANL), au probat astfel de cristale superionice care conţin cupru, crom şi seleniu (CuCrSe2) cu neutroni şi raze X pentru a determina modul în care ionii de cupru ai materialului ajung la proprietăţile lichide. Rezultatele au apărut online pe 8 octombrie în jurnalul Nature Physics.
Prin bombardarea unei mostre de CuCrSe2 pudră cu neutroni, cercetătorii au obţinut o imagine la scară largă a structurii atomice şi a dinamicii, scoţând la iveală atât vibraţiile scheletului de crom şi seleniu, cât şi fluxul de cupru din interiorul structurii.
Pentru o imagine mai restrânsă dar mai detaliată a vibraţiilor, cercetătorii au supus un cristal minuscul de CuCrSe2 la raze X de rezoluţie mare. Experimentul le-a permis să examineze modul în care razele au împrăştiat atomii şi cum vibraţiile structurii solide au declanşat propagarea undelor secundar, un indice al comportamentului materialului solid.
„Putem găsi o soluţie (solidă) pentru transportarea ionilor în baterii reîncărcabile”
Având la dispoziţie ambele seturi de informaţii, grupul de cercetători a efectuat simulări cuantice al comportamentului atomic al materialului pentru a explica descoperirile. Sub temperatura fazei de tranziţie la 87,7 grade Celsius, atomii de cupru vibrează în jurul regiunilor izolate, încadrate în structura solidă din atomi de crom şi seleniu. La o temperatură mai mare, atomii de cupru sunt capabili să sară la întâmplare între mai multe regiuni, permiţând ionilor de cupru să curgă prin cristalul solid.
Deşi mai este nevoie de cercetări pentru a înţelege modul în care atomii de cupru interacţionează unul cu altul odată ce ambele regiuni devin ocupate, descoperirile oferă indicii cu privire la modul în care materiale similare pot fi folosite în aplicaţiile electronice viitoare.
„Multe baterii din comerţ bazate pe ionii de litiu folosesc electroliţi lichizi pentru a transfera ionii între capetele bateriei”, a precizat Olivier Delaire, autor principal al studiului. „Deşi este o metodă eficientă, acest lichid poate fi inflamabil, aşa cum mulţi posesori de laptop şi smartphone au descoperit”, adaugă cercetătorul.
„Există variante ale cristalelor superionice care conţin ioni de litiu sau sodiu care se comportă precum cuprul în CuCrSe2. Dacă, cu ajutorul acestui studiu şi al viitoarelor studii, putem înţelege modul în care cristalele superionice funcţionează, atunci putem găsi o soluţie (solidă) pentru transportarea ionilor în baterii reîncărcabile”, a conchis Delaire.
Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:
A fost inventată o nouă baterie cu o viaţă mult mai lungă decât orice altă baterie