Las baterías de iones de metal son los principales impulsores que permiten una transición sin problemas a las energías renovables y ecológicas para un planeta sostenible. Los materiales de los electrodos ingeniosamente diseñados han contribuido en gran medida al desarrollo de baterías de iones de litio de alto rendimiento que finalmente fue marcado por el Premio Nobel de 2019.
Los profesores del Centro Skoltech de Ciencia y Tecnología de la Energía (CEST), la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov y el Colegio de Francia compartieron su visión sobre la importancia de la química del estado sólido en los avances que se esperan actualmente de las baterías de iones metálicos actuales y futuras. La opinión se contribuyó como reseña invitada a Nature Communications.
Las baterías de iones de metal son los principales impulsores que permiten una transición sin problemas a las energías renovables y ecológicas para un planeta sostenible. Los materiales de los electrodos ingeniosamente diseñados han contribuido en gran medida al desarrollo de baterías de iones de litio de alto rendimiento que finalmente fue marcado por el Premio Nobel de 2019, que había significado el papel de la química del estado sólido. El diseño específico de materiales novedosos para baterías de iones metálicos para llevar la tecnología al siguiente nivel es claramente un gran desafío para la comunidad química actual.
Las propiedades individuales de los átomos e iones codificados en la tabla periódica junto con las tendencias y principios fundamentales multiplicados por niveles adicionales de complejidad constituyen una multitud de combinaciones posibles para que los científicos encuentren nuevos electrodos para las baterías. Obviamente, los investigadores necesitan pautas sólidas mientras buscan en este enorme espacio de parámetros las mejores combinaciones y estructuras químicas.
La revisión publicada en Nature Communications resume y explica los principios y recetas químicos fundamentales y analiza los logros recientes en el diseño de materiales de electrodos y electrolitos sólidos al manifestar la interacción entre la composición química, la estructura cristalina y electrónica y las propiedades electroquímicas. Los autores enfatizaron el papel crucial de los métodos avanzados: difracción, imágenes y técnicas de caracterización espectroscópica junto con enfoques de química de estado sólido para mejorar los materiales de las baterías, abriendo direcciones emergentes para estudios posteriores.
El profesor Stanislav Fedotov dice: "En una perspectiva cercana, prevemos descubrimientos más esenciales de materiales funcionales habilitados por la química del estado sólido. Todos los estudiantes e investigadores que estén ansiosos por contribuir al desarrollo de tecnologías actuales y futuras para hacer un mundo mejor son bienvenidos a inscríbase en nuestros cursos de química de materiales impartidos dentro de los programas de maestría y doctorado en ciencias de los materiales en Skoltech".
El profesor Artem Abakumov, director de CEST, dice: "Con esta breve reseña, demostramos que detrás de la investigación aparentemente aplicada dirigida al producto específico (baterías de iones metálicos) se esconde una gran cantidad de ciencia fundamental. Diseño racional de materiales electroactivos avanzados y electrolitos sólidos para las baterías del futuro requiere una comprensión profunda de la química de los cristales, los enlaces químicos y la estructura electrónica de los sólidos, el transporte iónico, la electroquímica y las técnicas de caracterización actualizadas, junto con la visión amplia que se deriva de las ramas adyacentes de la química del estado sólido. Potentes métodos computacionales El diseño y el descubrimiento de materiales empoderarán a los investigadores en un futuro cercano, pero deben actuar de la mano con la sabiduría científica que aporta una química de estado sólido multifacética. Acercarse."
Más información: Artem M. Abakumov et al. Solid state chemistry for developing better metal-ion batteries, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-18736-7
Nota original: Skolkovo Institute of Science and Technology