المنحل بالكهرباء في بطارية الحالة الصلبة يصنع موصلًا سريعًا لأيون الليثيوم - عالم الفيزياء

طور باحثون في جامعة ليفربول بالمملكة المتحدة بطارية إلكتروليت جديدة ذات حالة صلبة تقوم بتوصيل أيونات الليثيوم بسرعة كبيرة، ويمكنها التنافس مع الإلكتروليتات السائلة الموجودة في بطاريات أيونات الليثيوم الموجودة في كل مكان اليوم. تعد موصلية أيونات الليثيوم العالية شرطًا أساسيًا لتخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن، ولكنها غير معتادة في المواد الصلبة، والتي تكون بخلاف ذلك جذابة للبطاريات لأنها أكثر أمانًا وأسرع في الشحن.

يحتوي المنحل بالكهرباء الجديد على الصيغة الكيميائية Li₇Si₂S₇I ويحتوي على أيونات كبريتيد ويوديد مرتبة مرتبة في بنية سداسية ومكعبية متقاربة. هذا الهيكل يجعل المادة موصلة للغاية لأنها تسهل حركة أيونات الليثيوم في الأبعاد الثلاثة. يشرح قائلاً: "يمكن للمرء أن يتصورها كهيكل يسمح لأيونات الليثيوم بالحصول على المزيد من "الخيارات" للاختيار من بينها للحركة، مما يعني أنها أقل عرضة للتعثر". مات روسينسكيأطلقت حملة كيميائي ليفربول الذي قاد البحث.

المادة المناسبة مع الخصائص المناسبة

ولتحديد المادة التي تسهل حرية الحركة هذه، استخدم روسينسكي وزملاؤه مزيجًا من الذكاء الاصطناعي (AI) وأدوات التنبؤ بالبنية البلورية. "كانت فكرتنا الأصلية هي إنشاء عائلة هيكلية جديدة من الموصلات الأيونية المستوحاة من الهياكل البلورية المعقدة والمتنوعة للمواد بين المعادن، مثل NiZr، من أجل توليد مجموعة واسعة من المواقع المحتملة لأيونات الليثيوم للتنقل بينها،" قال روسينسكي. يشرح. ساعد الذكاء الاصطناعي والأدوات البرمجية الأخرى الفريق على معرفة المكان الذي يبحث فيه، على الرغم من أن "القرارات النهائية دائمًا ما يتخذها الباحثون، وليس البرمجيات".

بعد تصنيع المادة في مختبرهم، حدد الباحثون بنيتها باستخدام تقنيات الحيود وموصلية أيون الليثيوم باستخدام الرنين المغناطيسي النووي وقياسات النقل الكهربائي. ثم أظهروا كفاءة توصيل أيون الليثيوم بشكل تجريبي من خلال دمج المادة في خلية البطارية.

استكشاف الكيمياء المجهولة

تركز أبحاث روسينسكي على تصميم واكتشاف المواد لدعم التحول إلى أشكال أكثر استدامة للطاقة. يتضمن هذا النوع من الأبحاث مجموعة واسعة من التقنيات، بما في ذلك الأساليب الرقمية والآلية، والتوليف الاستكشافي للمواد ذات الهياكل الجديدة والترابط، والتوليف المستهدف للمواد مع تطبيقات العالم الحقيقي. ويقول: "لقد جمعت دراستنا كل هذه الاتجاهات معًا".

يضيف روسينسكي أن اكتشاف المواد التي تختلف عن تلك المعروفة أمر صعب، لأسباب ليس أقلها أن أي مواد مرشحة يجب أن يتم تحقيقها تجريبيًا في المختبر. بمجرد أن يحدد هو وزملاؤه الكيمياء الاصطناعية للمادة، يجب عليهم بعد ذلك قياس خصائصها الإلكترونية والهيكلية. وهذا يتطلب حتما بحثا متعدد التخصصات: في العمل الحالي، تعاون روسينسكي مع زملائه في مصنع ابتكار الموادأطلقت حملة مركز أبحاث ليفرهولم لتصميم المواد الوظيفيةأطلقت حملة معهد ستيفنسون للطاقة المتجددة و مركز ألبرت كرو وكلية الهندسة فضلا عن بلده قسم الكيمياء.

تنطبق على المجال الأكبر لأبحاث البطارية

العملية التي طورها الفريق، والتي تم تفصيلها في علوميقول روسينسكي: "يمكن تطبيقه في جميع أنحاء مجال أبحاث البطاريات وخارجه". يقول: "إن المعرفة المكتسبة في عملنا حول كيفية تفضيل حركة الأيونات السريعة في المواد الصلبة ذات صلة بمواد أخرى غير تلك المستخدمة في بطاريات أيونات الليثيوم، ويمكن تعميمها على التقنيات الأخرى التي تعتمد على المواد الموصلة للأيونات". عالم الفيزياء. "ويشمل ذلك المواد الموصلة للبروتون أو الأكسيد وخلايا الوقود الصلبة أو المحللات الكهربائية لتوليد الهيدروجين، بالإضافة إلى المواد الموصلة للصوديوم والمغنيسيوم في هياكل البطاريات البديلة."

ويقول الباحثون أن لي₇Si₂S₇من المحتمل أن أكون أول مادة من بين العديد من المواد الجديدة التي يمكن الوصول إليها من خلال نهجهم الجديد. ويخلص روسينسكي إلى القول: "هناك الكثير مما يجب فعله لتحديد المواد التي يمكن دراستها وكيفية ارتباط خصائص النقل الأيوني الخاصة بها ببنيتها وتركيباتها".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/