Ο ηλεκτρολύτης μπαταρίας στερεάς κατάστασης δημιουργεί έναν γρήγορο αγωγό ιόντων λιθίου – Physics World

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ, στο Ηνωμένο Βασίλειο, ανέπτυξαν έναν νέο ηλεκτρολύτη μπαταρίας στερεάς κατάστασης που άγει τα ιόντα λιθίου τόσο γρήγορα, που θα μπορούσε να ανταγωνιστεί τους υγρούς ηλεκτρολύτες που βρίσκονται στις σημερινές πανταχού παρούσες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτή η υψηλή αγωγιμότητα ιόντων λιθίου είναι απαραίτητη προϋπόθεση για επαναφορτιζόμενη αποθήκευση ενέργειας, αλλά είναι ασυνήθιστη στα στερεά, τα οποία είναι διαφορετικά ελκυστικές για τις μπαταρίες επειδή είναι ασφαλέστερες και ταχύτερες στη φόρτιση.

Ο νέος ηλεκτρολύτης έχει τον χημικό τύπο Li₇Si₂S₇I και περιέχει διατεταγμένα ιόντα σουλφιδίου και ιωδίου διατεταγμένα τόσο σε εξαγωνική όσο και σε κυβικά κλειστή δομή. Αυτή η δομή καθιστά το υλικό εξαιρετικά αγώγιμο επειδή διευκολύνει την κίνηση των ιόντων λιθίου και στις τρεις διαστάσεις. «Θα μπορούσε κανείς να το φανταστεί ως μια δομή που επιτρέπει στα ιόντα λιθίου να έχουν περισσότερες «επιλογές» για να διαλέξουν για κίνηση, πράγμα που σημαίνει ότι είναι λιγότερο πιθανό να κολλήσουν», εξηγεί. Ματ Ροσεΐνσκι, τη Χημικός της Λίβερπουλ που ηγήθηκε της έρευνας.

Το σωστό υλικό με τις σωστές ιδιότητες

Για να εντοπίσουν ένα υλικό που διευκολύνει αυτήν την ελευθερία κινήσεων, ο Rosseinsky και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν έναν συνδυασμό εργαλείων πρόβλεψης τεχνητής νοημοσύνης (AI) και κρυσταλλικής δομής. «Η αρχική μας ιδέα ήταν να δημιουργήσουμε μια νέα δομική οικογένεια αγωγών ιόντων εμπνευσμένη από τις πολύπλοκες και ποικίλες κρυσταλλικές δομές των διαμεταλλικών υλικών, όπως το NiZr, προκειμένου να δημιουργήσουμε ένα ευρύ φάσμα πιθανών θέσεων για τα ιόντα λιθίου να μετακινηθούν μεταξύ τους», δήλωσε ο Rosseinsky. εξηγεί. Η τεχνητή νοημοσύνη και άλλα εργαλεία λογισμικού βοήθησαν την ομάδα να ξέρει πού να κοιτάξει, αν και «τις τελικές αποφάσεις έπαιρναν πάντα οι ερευνητές και όχι το λογισμικό».

Αφού συνέθεσαν το υλικό στο εργαστήριό τους, οι ερευνητές προσδιόρισαν τη δομή του με τεχνικές περίθλασης και την αγωγιμότητα ιόντων λιθίου με NMR και μετρήσεις ηλεκτρικής μεταφοράς. Στη συνέχεια απέδειξαν πειραματικά την αποτελεσματικότητα της αγωγιμότητας ιόντων λιθίου ενσωματώνοντας το υλικό σε ένα στοιχείο μπαταρίας.

Εξερευνώντας αχαρτογράφητη χημεία

Η έρευνα του Rosseinsky επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και την ανακάλυψη υλικών για την υποστήριξη της μετάβασης σε πιο βιώσιμες μορφές ενέργειας. Αυτός ο τύπος έρευνας περιλαμβάνει μια μεγάλη ποικιλία τεχνικών, συμπεριλαμβανομένων ψηφιακών και αυτοματοποιημένων μεθόδων, διερευνητική σύνθεση υλικών με νέες δομές και συγκόλληση και στοχευμένη σύνθεση υλικών με εφαρμογές πραγματικού κόσμου. «Η μελέτη μας συγκέντρωσε όλες αυτές τις κατευθύνσεις», λέει.

Η ανακάλυψη υλικών που διαφέρουν από τα γνωστά είναι δύσκολη, προσθέτει ο Rosseinsky, κυρίως επειδή οποιαδήποτε υποψήφια υλικά πρέπει να πραγματοποιηθούν πειραματικά στο εργαστήριο. Μόλις αυτός και οι συνάδελφοί του προσδιορίσουν τη συνθετική χημεία ενός υλικού, πρέπει στη συνέχεια να μετρήσουν τις ηλεκτρονικές και δομικές του ιδιότητες. Αυτό απαιτεί αναπόφευκτα διεπιστημονική έρευνα: στην παρούσα εργασία, ο Rosseinsky συνεργάστηκε με συναδέλφους του Materials Innovation Factory, τη Leverhulme Research Center for Functional Materials Design, τη Stephenson Institute for Renewable Energy και την Κέντρο Albert Crewe και Σχολή Μηχανικών καθώς και τη δική του τμήμα χημείας.

Ισχύει για το ευρύτερο πεδίο έρευνας μπαταριών

Η διαδικασία που ανέπτυξε η ομάδα, η οποία περιγράφεται λεπτομερώς Επιστήμη, θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε όλο το πεδίο της έρευνας μπαταριών και πέρα ​​από αυτό, λέει ο Rosseinsky. «Η γνώση που αποκτήσαμε στην εργασία μας σχετικά με το πώς να ευνοήσουμε τη γρήγορη κίνηση των ιόντων στα στερεά είναι σχετική με υλικά άλλα από εκείνα που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες ιόντων λιθίου και μπορεί να γενικευτεί σε άλλες τεχνικές που βασίζονται σε ιοντοαγώγιμα υλικά», λέει. Κόσμος Φυσικής. «Αυτό περιλαμβάνει υλικά αγώγιμα ιόντων πρωτονίων ή οξειδίων και κυψέλες καυσίμου στερεάς κατάστασης ή ηλεκτρόλυσης για παραγωγή υδρογόνου, καθώς και υλικά αγωγιμότητας νατρίου και μαγνησίου σε εναλλακτικές δομές μπαταριών».

Οι ερευνητές λένε ότι ο Λι₇Si₂S₇Είμαι πιθανότατα το πρώτο από τα πολλά νέα υλικά που είναι προσβάσιμα με τη νέα τους προσέγγιση. «Υπάρχουν λοιπόν πολλά να κάνουμε για να ορίσουμε ποια υλικά μπορούν να μελετηθούν και πώς οι ιδιότητες μεταφοράς ιόντων συνδέονται με τις δομές και τις συνθέσεις τους», καταλήγει ο Rosseinsky.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/