es.wedoany.com Noticia: Un equipo internacional de investigación, liderado por el profesor Bong June Sung del Departamento de Química de la Universidad Sogang (Corea del Sur) y el profesor Shinji Saito del Instituto de Ciencias Moleculares (IMS) de la Organización Nacional de Investigación Científica (NINS) y la Universidad de Estudios Avanzados (SOKENDAI) de Japón, ha revelado a nivel molecular el mecanismo de movimiento de los iones de litio en los cristales plásticos iónicos orgánicos (OIPC), materiales considerados como electrolitos sólidos para baterías de próxima generación.
En los OIPC, aunque el material es sólido, las moléculas e iones en su interior giran continuamente in situ. Anteriormente, la comunidad académica creía que el "mecanismo de paletas de rueda hidráulica" —es decir, que este movimiento rotatorio impulsa los iones de litio hacia adelante como las paletas de una rueda hidráulica— dominaba la conducción iónica. En este estudio, los investigadores utilizaron simulaciones de dinámica molecular con supercomputadoras y un análisis de función de salto que captura con precisión los saltos iónicos individuales para reevaluar teóricamente esta hipótesis. Los resultados indican que el movimiento de los iones de litio no está directamente impulsado por la rotación de las moléculas circundantes, sino que se origina en la reorganización cooperativa de las jaulas iónicas formadas por los aniones circundantes. El equipo confirmó teóricamente que cuando el número de aniones alrededor de un ion de litio disminuye temporalmente, es decir, cuando la jaula iónica se "abre", el movimiento del ion de litio se intensifica significativamente.
Actualmente, las baterías de iones de litio ampliamente utilizadas en teléfonos inteligentes y vehículos eléctricos emplean principalmente electrolitos líquidos. Sin embargo, los electrolitos líquidos son inflamables y presentan riesgos de incendio o explosión. Para abordar este problema de seguridad, se están investigando electrolitos sólidos de alta seguridad como una alternativa prometedora.
Entre estos materiales alternativos, los cristales plásticos iónicos orgánicos (OIPC) han llamado la atención como un "sólido blando". Aunque son sólidos, las moléculas e iones en su interior pueden girar activamente in situ, y este movimiento molecular tiene el potencial de promover la migración iónica en estado sólido. Por lo tanto, los OIPC se consideran materiales electrolíticos que podrían combinar alta seguridad con alta conductividad iónica.
En las baterías de iones de litio, el proceso de carga y descarga depende del movimiento de los iones de litio dentro del electrolito. Por ello, al desarrollar electrolitos sólidos, incluidos los OIPC, comprender cómo y a qué velocidad se mueven los iones de litio es crucial para desarrollar materiales de batería de próxima generación de alto rendimiento y seguros.
Hasta ahora, la principal explicación para la conducción iónica en los OIPC ha sido el "mecanismo de paletas de rueda hidráulica". Esta teoría sostiene que el movimiento rotatorio de las grandes moléculas e iones circundantes empuja los iones de litio hacia la siguiente posición, como las paletas de una rueda hidráulica. Sin embargo, el momento, el lugar y la forma específica en que se mueve un ion de litio individual no se habían dilucidado completamente hasta ahora.
