Des de mitjans del segle XX, amb l'ambició de fer bateries més eficients, s'ha estat fent recerca per fer possible l'ús de l'òxid de niobi, concretament una forma d'òxid de niobi conegut com a T-Nb2O5.
El repte està en optenir moltes capes que han de ser molt fines i planes que tinguin una qualitat prou alta com per poder-les utilitzar en aplicacions pràctiques. Aquest problema prové de la complexa estructura de T-Nb2O5 i de les formes similars que te l'òxid de niobi.
En un article publicat a Nature Materials, membres del grup de recerca d'Andrew Rappe a la Universitat de Pennsilvània van col·laborar amb investigadors de l'Institut Max Planck i la Universitat de Cambridge per demostrar amb èxit que es possible obtenir aqeustes capes fines d'alta qualitat i aixó permet que els ions de liti es moguin significativament més ràpid.
Aquest important canvi permet una sèrie de nopes potencials aplicacions que van des de la càrrega de bateries d'alta velocitat fins a la informàtica eficient energèticament.
En altres paraules, el que s'ha aconseguit es fere que el moviments dels ions de liti no pertorben l'estructura cristal·lina del T-Nb2O5.
Per exemple, es pot entendre aquesta millora com un aparcament de cotxes que te diversos pisoss on els ions de liti són cotxes i l'estructura de T-Nb2O5 formen rampes, que permeten que els cotxes es moguin amunt i avall entre els nivells.
Aquestes transicions canvien les propietats electròniques del material, permetent-li passar de ser un aïllant a un metall, el que significa que passa de bloquejar el corrent elèctric a conduir-lo. Aquest important canvi fa que la resistivitat del material disminueix en un factor de 100.000 milions.
ACtualment, s'ha desenvolupat les bases computacionals per teoritzar les condicions necessàries per donar lloc a l'estabilitat de les transicions mitjançant càlculs de la teoria funcional de la densitat, un mètode de mecànica quàntica utilitzat per investigar l'estructura electrònica de sistemes de molts cossos, especialment àtoms, molècules.
Aquests càlculs teòrics, han ajudat a racionalitzar les múltiples transicions de fase que es van observar, així com com aquestes fases podrien estar relacionades amb la concentració d'ions de liti i la seva disposició dins de l'estructura cristal·lina. Aquesta entessa ha permés controlar i manipular eficaçment les propietats electròniques de les pel·lícules primes del T-Nb2O5.
Els càlculs de les simulacions atòmiques tenen grans beneficis per avançar en els fonaments de la ciència a l'acadèmia, però també en diverses tecnologies per a la indústria.
En manipular aquestes transicions de fase, s'ha demostrat que es podia controlar repetidament i de manera fiable les propietats electròniques d'aquestes fines capes. A més, alterant la composició química de l'elèctrode "gate", un component que controla el flux d'ions en un dispositiu, es va poder ajustar la tensió a la qual el material es torna metàl·lic, ampliant encara més les potencilas aplicacions.
Font: Hyeon Han et al, Li iontronics en pel·lícules primes T-Nb 2 O 5 monocristal·lines amb canals de transport iònic vertical, Nature Materials (2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01612-2
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada