Štúdia skúmala zlúčeniny, ktoré možno použiť ako elektrolyty v zariadeniach sodíkových iónov. Poďakovanie: Tuanan da Costa Lourenço/CINE
Výpočtová štúdia publikovaná v časopise Journal of Molecular Liquids významne prispieva k vývoju nových, bezpečných, vysokovýkonných batérií skúmaním zlúčenín, ktoré možno použiť ako elektrolyty v sodíkovo-iónových batériách.
Práca zahŕňala úsilie tímu výskumníkov napojených na Centrum pre inovácie nových energií (CINE). CINE vzniklo v roku 2018 a sídli na Štátnej univerzite v Campinas (UNICAMP), Univerzite v São Paule (USP) a Federálnej univerzite v São Carlos (UFSCar) s účasťou ôsmich ďalších brazílskych inštitúcií. Na tejto štúdii spolupracovali vedci z univerzity v Bonne v Nemecku.
Tieto batérie sú založené na sodíku, hojnom prvku, ktorý je široko distribuovaný po celej Zemi. Sú považované za veľmi perspektívne najmä na skladovanie prebytočnej energie zo solárnych a veterných elektrární. Fungujú na základe pohybu sodíkových iónov medzi elektródami batérie a cez elektrolyt počas nabíjania a vybíjania.
Najviac študovanými zlúčeninami na vedenie týchto iónov v elektrolyte sú iónové kvapaliny, trieda solí, ktoré existujú ako kvapaliny pri izbovej teplote. Tieto zlúčeniny sú dobrými iónovými vodičmi a sú nehorľavé, čím ponúkajú vysokú bezpečnosť pre batérie. Pridanie sodíkových iónov do týchto kvapalín však zvyšuje ich viskozitu, znižuje pohyblivosť iónov a zhoršuje výkonnosť elektrolytu.
Na prekonanie tohto obmedzenia výskumníci CINE skúmali sériu elektrolytov založených na dvoch typoch iónových kvapalín: aprotický, ktorý sa najčastejšie používa vo výskume elektrolytov, a protický, ktorý je lacnejší a jednoduchší na výrobu, aj keď získal len málo štúdií. Myšlienkou bolo pridať k týmto zlúčeninám sodnú soľ na zlepšenie mobility iónov.
„Hlavným bodom tejto práce bolo vyhodnotiť účinok zvýšenia koncentrácie sodnej soli v elektrolyte na báze protickej iónovej kvapaliny a jej analógu obsahujúceho aprotickú iónovú kvapalinu,“ zhŕňa Tuanan da Costa Lourenço, postdoktorandský výskumník v CINE na Chemickom inštitúte São Carlos (IQSC-USP) a zodpovedajúci autor článku.
Na vykonanie štúdie tím vykonal simulácie molekulárnej dynamiky, výpočtovú metódu, ktorá popisuje interakcie atómov a molekúl. Pomocou desiatok sieťových počítačov a pokročilého softvéru autori vyriešili zložité matematické rovnice zahrnuté v simuláciách.
V procese použili výpočtové zdroje od USP, Národného laboratória pre vedecké výpočty (LNCC), ktoré sa nachádza v Petrópolise v štáte Rio de Janeiro, a Univerzity v Bonne.
Výsledky ukázali, že zvýšenie koncentrácie sodnej soli mení spôsob, akým sa ióny v iónovej kvapaline organizujú a navzájom ovplyvňujú. Štúdia tiež ukázala, že veľkosť tejto zmeny závisí od molekulárnej štruktúry iónov a od toho, či je iónová kvapalina protická alebo aprotická.
„Okrem toho sme pozorovali, že pri vysokých koncentráciách sodnej soli dochádza k poklesu interakčných síl medzi sodným iónom a elektrolytovým aniónom, čo môže byť prospešné pre výkon batérie,“ hovorí Lourenço.
Medzinárodná spolupráca
Jedným z cieľov programu CINE’s Computational Materials Design (CMD) je vybrať sľubné elektrolyty pre batérie budúcnosti. Juarez Lopes Ferreira da Silva koordinuje program a je spoluautorom článku.
Na projekte sa podieľali členovia programu z USP a výskumná skupina Barbary Kirchner na Univerzite v Bonne. Kirchner sa špecializuje na modelovanie veľkých, zložitých systémov zahŕňajúcich kvapaliny a ich rozhrania a je spoluautorkou článku.
„Spolupráca umožnila nielen prehĺbiť diskusiu a získané závery, ale vyústila aj do vývoja nových nástrojov, vylepšení používaných modelov a novej spolupráce,“ hovorí Lourenço, ktorý na štúdii v Kirchnerovej skupine pracoval 15 mesiacov.
Vedecký tím pokračuje vo výskume prostredníctvom druhej štúdie, ktorej cieľom je pochopiť, ako modulovať interakcie medzi iónmi v iónových kvapalinách, aby sa optimalizoval výkon batérie.
Viac informácií: Tuanan C. Lourenço a kol., Štrukturálny výskum protických iónových kvapalných elektrolytov so sodnou soľou pomocou polarizovateľných silových polí, Journal of Molecular Liquids (2025). DOI: 10.1016/j.molliq.2025.127496
Citácia: Simulácie hodnotia nové elektrolyty pre batérie budúcnosti (2025, 10. november) získané 10. novembra 2025 z https://techxplore.com/news/2025-11-simulations-electrolytes-batteries-future.html
Tento dokument podlieha autorským právam. Okrem akéhokoľvek poctivého obchodovania za účelom súkromného štúdia alebo výskumu nesmie byť žiadna časť reprodukovaná bez písomného súhlasu. Obsah je poskytovaný len na informačné účely.
