Os eletra³litos sãolidos podem superar os principais obsta¡culos tecnola³gicos associados a  estreita estabilidade eletroquímica e tanãrmica das baterias convencionais de a­ons de la­tio (Li) e sãodio (Na).

No entanto, muitos eletra³litos sãolidos - cera¢micas em particular - também sofrem de problemas de ciclagem e limitações em sua capacidade de transportar a­ons com eficiência . Essas limitações muitas vezes decorrem de interfaces e outras caracteri­sticas que compõem a microestrutura do material, que por sua vez depende de como ele éprocessado.

Os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), em colaboração com a San Francisco State University e a The Pennsylvania State University, desenvolveram um amplo conjunto de recursos de simulação multiescala para ajudar a identificar, avaliar e superar impactos microestruturais no transporte de a­ons em eletra³litos sãolidos. A pesquisa aparece na revista npj Computational Materials .

“Criamos uma nova e poderosa capacidade de modelagem computacional que pode oferecer compreensão cienta­fica fundamental e orientação prática de projeto não apenas para a comunidade de pesquisa de armazenamento de energia, mas também para a comunidade de processamento de materiais”, disse Tae Wook Heo, cientista do LLNL e principal autor. do papel.

Caractera­sticas microestruturais que aparecem inevitavelmente em materiais práticos de estado sãolido osincluindo defeitos, desordem estrutural e redes de interfaces internas ostem um impacto significativo nas propriedades reais de transporte e na vida útil da bateria . Esses recursos também introduzem heterogeneidade nas propriedades meca¢nicas, o que pode ter impactos adicionais na ciclabilidade.

Na nova pesquisa, a equipe procurou obter uma melhor compreensão da relação detalhada entre a microestrutura e as propriedades de transporte ia´nico. Segundo Heo, esse conhecimento éfundamental para desenvolver vias de sa­ntese e processamento de materiais eletrola­ticos sãolidos via¡veis ​​que retenham alta condutividade ia´nica.

“O interesse atual em baterias de estado sãolido e ciência de processamento torna este trabalho especialmente oportuno e impactante”, disse o coautor e lider do projeto LLNL, Brandon Wood.

A estrutura de modelagem multiescala recanãm-desenvolvida écapaz de acessar uma complexidade sem precedentes conectando simulações atoma­sticas de desordem atômica e heterogeneidade a um modelo de microestrutura que incorpora limites de gra£os e outras interfaces. A ferramenta resultante pode explorar os efeitos das interfaces no transporte em ambas as escalas, substituindo abordagens convencionais como modelos de circuitos simples que carecem de detalhes estruturais. Heo disse que a nova ferramenta fornece informações para resolver debates de longa data sobre a importa¢ncia da microestrutura em eletra³litos sãolidos cera¢micos. Os pesquisadores foram capazes de quantificar os efeitos dos contornos de gra£os no transporte ia´nico e identificaram possa­veis correlações com modos comuns de degradação da bateria.

Outros coautores do LLNL incluem Marissa Wood, Tim Hsu, Sneha Akhade e Liwen (Sabrina) Wan.