Investigadores do Instituto Superior Técnico contribuem para a descoberta e caracterização de uma nova família de materiais orgânicos capazes de conduzir iões no estado sólido com a mesma eficácia observada no estado líquido. A investigação, publicada na revista Science a 18 de dezembro de 2025, apresenta o conceito de eletrólitos independentes do estado (SIEs, state-independent electrolytes), um resultado que contraria um princípio assumido da electroquímica.
José Nuno Canongia Lopes, Karina Shimizu e Adilson Freitas, docentes do Departamento de Engenharia Química (DEQ) do Técnico e investigadores do Centro de Química Estrutural (CQE), integraram a equipa internacional responsável pela identificação e compreensão dos mecanismos de transporte iónico (corrente elétrica) destes novos materiais. Em sistemas convencionais, a passagem do estado líquido para o sólido conduz a uma diminuição acentuada da mobilidade iónica. Nos SIEs agora descritos, essa limitação não se verifica: a condutividade mantém-se praticamente constante nos estados líquido, de cristal líquido e sólido.
Os materiais desenvolvidos assentam numa arquitetura molecular específica, composta por um “centro rígido em forma de disco e longas cadeias laterais flexíveis”, explica José Nuno Lopes. Esta organização impede a formação de ligações fortes entre iões positivos e negativos, permitindo que os aniões se desloquem ao longo de estruturas sólidas organizadas em colunas.
Ao longo de dois meses, a contribuição da equipa do Técnico centrou‑se na modelação e simulação molecular do sistema, uma componente essencial para compreender o fenómeno observado experimentalmente. “Desenvolvemos um campo de forças atomístico (um conjunto de funções e parâmetros que descrevem as interações no sistema e permitem simular o seu comportamento), sistemático e coerente, capaz de descrever todas as interações do sistema e de ser usado em simulações de Dinâmica Molecular”, refere Karina Shimizu. A inexistência de dados prévios na literatura sobre estes materiais obrigou à validação do modelo através de sistemas cristalinos mais simples, estruturalmente análogos.
As simulações permitiram esclarecer uma questão central colocada pelos parceiros experimentais: os locais de interação preferenciais entre os aniões cloreto e os grandes catiões orgânicos. “Percebemos que os aniões permanecem a maior parte do tempo na periferia dos discos centrais das moléculas, e não junto às cadeias laterais”, descreve José Nuno Lopes. Simulações adicionais, realizadas na presença de um campo elétrico externo, revelaram que “a velocidade média dos iões não é afetada pela orientação do campo relativamente à orientação do cristal”, o que ajuda a explicar a continuidade do transporte iónico durante as transições de fase.
Para o investigador do Técnico, a aceitação do trabalho na revista Science resulta do carácter disruptivo da descoberta. “Não basta conceber, sintetizar e caracterizar um novo material – é necessário demonstrar que ele responde de forma cabal a um desafio atual e derruba uma limitação científica previamente assumida”, afirma, referindo-se à ideia amplamente “aceite de que a solidificação implica necessariamente uma perda de condutividade elétrica”.
A descoberta reforça as linhas de investigação do Técnico na área dos líquidos iónicos e materiais funcionais e abre novas oportunidades de colaboração internacional. A cooperação com a Universidade de Oxford mantém-se ativa, estando previstos novos trabalhos, e a equipa do Técnico foi ainda convidada a submeter um projeto ERC Synergy, em parceria com Oxford e o National Institute of Materials Science do Japão.
Os resultados agora publicados apontam para aplicações futuras em baterias de estado sólido mais seguras, sensores, dispositivos electrocrómicos e eletrónica flexível, contribuindo para o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes e versáteis. Segundo Adilson Freitas, estas soluções poderão também passar pelo “desenvolvimento de dispositivos médicos de diferentes formatos e dimensões”, ao permitirem o “uso em forma sólida segura, sem perda de condutividade iónica”.
Este trabalho resulta de uma colaboração internacional que envolveu investigadores das Universidades de Oxford, York e Durham (Reino Unido), do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa (Portugal), da Universidade Halle-Wittenberg (Alemanha) e da Universidade de Química e Tecnologia de Praga (República Checa).
