El trabajo es una colaboración entre investigadores de UC San Diego y UC Santa Barbara, Stony Brook University, el TCG Center for Research and Education in Science and Technology en Kolkata, India, y Shell International Exploration, Inc.

Para la batería descrita en el estudio de Nature Communications, los investigadores dirigidos por el profesor de nanoingeniería de UC San Diego, Shyue Ping Ong, ejecutaron una serie de simulaciones computacionales impulsadas por un modelo de aprendizaje automático para detectar qué química tendría la combinación correcta de propiedades para una batería de estado sólido con un cátodo de óxido. Una vez que se seleccionó un material como un buen candidato, el grupo de investigación de Meng lo fabricó, probó y caracterizó experimentalmente para determinar sus propiedades electroquímicas.

Al iterar rápidamente entre el cálculo y el experimento, el equipo de UC SanDiego se decidió por una clase de conductores de haluro de sodio compuestos de sodio, itrio, circonio y cloruro. El material, al que llamaron NYZC, era electroquímicamente estable y químicamente compatible con los cátodos de óxido utilizados en las baterías de iones de sodio de mayor voltaje. Luego, el equipo se acercó a los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara para estudiar y comprender las propiedades estructurales y el comportamiento de este nuevo material.

NYZC se basa en Na3YCl6, un material bien conocido que, lamentablemente, es un conductor de sodio muy deficiente. Ong sugirió sustituir el itrio por circonio porque crearía vacantes y aumentaría el volumen de la unidad de batería de celda, dos enfoques que aumentan la conducción de iones de sodio. Los investigadores también notaron que, junto con el aumento de volumen, una combinación de iones de circonio y cloruro en este nuevo material experimenta un movimiento giratorio, lo que resulta en más vías de conducción para los iones de sodio. Además del aumento de la conductividad, el material de haluro es mucho más estable que los materiales que se utilizan actualmente en las baterías de sodio de estado sólido.

“Estos hallazgos resaltan el inmenso potencial de los conductores de iones de haluro para aplicaciones de baterías de iones de sodio de estado sólido”, dijo Ong. "Además, también destaca el impacto transformador que los cálculos de datos de materiales a gran escala junto con el aprendizaje automático pueden tener en el proceso de descubrimiento de materiales".

Los próximos pasos incluyen explorar otras sustituciones de estos materiales de haluro y aumentar la densidad de potencia general de la batería, además de trabajar para ampliar el proceso de fabricación.

Referencia: “Un compuesto estable de cátodo-electrolito sólido para baterías de iones de sodio de estado sólido de alto voltaje y ciclo de vida largo” por Erik A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean-Marie Doux, Ji Qi, Zhuoying Zhu, Antonin Grenier, Yixuan Li, Enyue Zhao, Grayson Deysher, Elias Sebti, Han Nguyen, Ryan Stephens, Guy Verbist, Karena W. Chapman, Raphaële J. Clément, Abhik Banerjee, Ying Shirley Meng y Shyue Ping Ong , 23 de febrero de 2021, Nature Communications.

La tecnología ha sido licenciada por UNIGRID, una startup cofundada por el profesor de NanoEngineering de UC San Diego, Zheng Chen; Erik Wu, un Ph.D. ex alumno del grupo de investigación de Meng;