Cercetătorii de la Cornell fuzionează moleculele macrociclului-cușcă pentru a permite transportul rapid de ioni de litiu pentru bateriile cu stare solidă

Prin fuzionarea unei perechi de structuri moleculare contorsionate, cercetătorii de la Cornell au creat un cristal poros care poate prelua electroliții cu ioni de litiu și îi poate transporta fără probleme prin nanocanale unidimensionale – un design care ar putea duce la baterii litiu-ion cu stare solidă mai sigure.

O lucrare despre acest lucru este publicată în Journal of the American Chemical Society .

Proiectul a fost condus de Yu Zhong, profesor asistent de știința materialelor și inginerie la Cornell Engineering și autorul principal al lucrării, al cărui laborator este specializat în sintetizarea materialelor „moale” și la scară nanometrică care pot avansa tehnologiile de stocare a energiei și durabilitate.

În bateriile convenționale cu litiu-ion, ionii sunt transportați prin intermediul electroliților lichizi. Dar electroliții lichizi pot forma dendrite înțepătoare între anodul și catodul bateriei, care scurtează bateria sau, în cazuri rare, explodează.

O baterie cu stare solidă ar fi mai sigură, dar asta vine cu propriile provocări. Ionii se deplasează mai lent prin solide, deoarece se confruntă cu mai multă rezistență. Zhong a vrut să proiecteze un nou cristal care să fie suficient de poros încât ionii să se poată deplasa printr-un fel de cale. Această cale ar trebui să fie netedă, cu interacțiuni slabe între ionii de litiu și cristal, astfel încât ionii să nu se lipească. Și cristalul ar trebui să rețină destui ioni pentru a asigura o concentrație mare de ioni.

Echipa a conceput o metodă de fuziune a două structuri moleculare excentrice care au forme complementare: macrocicluri și cuști moleculare. Macrociclurile sunt molecule cu inele de 12 sau mai mulți atomi, iar cuștile moleculare sunt compuși cu mai multe inele care seamănă mai mult sau mai puțin cu numele lor.

Atât macrociclurile, cât și cuștile moleculare au pori intrinseci prin care ionii pot sta și pot trece. Folosindu-le ca blocuri de construcție pentru cristalele poroase, cristalul ar avea spații mari pentru stocarea ionilor și canale interconectate pentru transportul ionilor.