الکترولیت باتری حالت جامد یک رسانای سریع لیتیوم یون می سازد - Physics World

الکترولیت باتری حالت جامد یک رسانای سریع لیتیوم یون می سازد - Physics World

تمبر زمان: 13 مارس 2024، 5:30 صبح


تصویری که یون های لیتیوم (به رنگ آبی) را نشان می دهد که در الکترولیت باتری جدید حالت جامد حرکت می کنند
یون های در حال حرکت: این تصویر نشان دهنده یون های لیتیوم (به رنگ آبی) است که در ساختار حرکت می کنند. (تخصص: دانشگاه لیورپول)

محققان دانشگاه لیورپول بریتانیا یک الکترولیت باتری حالت جامد جدید ابداع کرده‌اند که یون‌های لیتیوم را با سرعتی هدایت می‌کند که می‌تواند با الکترولیت‌های مایع موجود در باتری‌های لیتیوم یونی امروزی رقابت کند. این رسانایی بالای لیتیوم یون پیش نیاز ذخیره انرژی قابل شارژ است، اما در جامدات غیرمعمول است. برای باتری ها جذاب است زیرا ایمن تر و سریع تر شارژ می شوند.

الکترولیت جدید دارای فرمول شیمیایی Li است7Si2S7I و حاوی یون های سولفید و یدید مرتب شده است که در هر دو ساختار شش ضلعی و مکعبی بسته بندی شده اند. این ساختار باعث می شود که مواد رسانایی بالایی داشته باشند زیرا حرکت یون های لیتیوم را در هر سه بعد تسهیل می کند. توضیح می‌دهد: «می‌توان آن را به‌عنوان ساختاری تصور کرد که به یون‌های لیتیوم اجازه می‌دهد تا «گزینه‌های» بیشتری برای حرکت داشته باشند، به این معنی که احتمال گیر افتادن آن‌ها کمتر است. مت روسینسکیاز شیمیدان لیورپول که تحقیق را رهبری کرد.

مواد مناسب با خواص مناسب

برای شناسایی ماده ای که این آزادی حرکت را تسهیل می کند، Rosseinsky و همکارانش از ترکیبی از هوش مصنوعی (AI) و ابزارهای پیش بینی ساختار کریستالی استفاده کردند. Rosseinsky می‌گوید: «ایده اولیه ما ایجاد یک خانواده ساختاری جدید از هادی‌های یونی با الهام از ساختارهای کریستالی پیچیده و متنوع مواد بین‌فلزی مانند NiZr بود تا بتواند محدوده وسیعی از مکان‌های بالقوه برای حرکت یون‌های لیتیوم ایجاد کند. توضیح می دهد. هوش مصنوعی و سایر ابزارهای نرم افزاری به تیم کمک کردند تا بدانند کجا باید نگاه کنند، اگرچه "تصمیمات نهایی همیشه توسط محققان گرفته می شد و نه نرم افزار".

محققان پس از سنتز این ماده در آزمایشگاه خود، ساختار آن را با تکنیک های پراش و رسانایی لیتیوم-یون آن را با اندازه گیری های NMR و حمل و نقل الکتریکی تعیین کردند. آنها سپس با ادغام این ماده در سلول باتری، کارایی هدایت لیتیوم-یون را به صورت تجربی نشان دادند.

کاوش در شیمی ناشناخته

تحقیقات Rosseinsky بر طراحی و کشف مواد برای حمایت از انتقال به اشکال پایدارتر انرژی متمرکز است. این نوع تحقیق شامل طیف گسترده ای از تکنیک ها، از جمله روش های دیجیتال و خودکار، سنتز اکتشافی مواد با ساختارهای جدید و پیوند، و سنتز هدفمند مواد با کاربردهای دنیای واقعی است. او می‌گوید: «مطالعه ما همه این جهت‌ها را در کنار هم قرار داد.

Rosseinsky اضافه می کند که کشف موادی که با مواد شناخته شده متفاوت هستند دشوار است، به ویژه به این دلیل که هر ماده کاندید باید به طور تجربی در آزمایشگاه کشف شود. هنگامی که او و همکارانش شیمی مصنوعی یک ماده را تعیین کردند، باید خواص الکترونیکی و ساختاری آن را اندازه گیری کنند. این امر ناگزیر به تحقیقات بین رشته‌ای نیاز دارد: در کار حاضر، روسینسکی با همکارانش در کارخانه نوآوری مواداز مرکز تحقیقات لورهولم برای طراحی مواد کاربردیاز موسسه استفنسون برای انرژی های تجدیدپذیر و مرکز آلبرت کرو و دانشکده مهندسی و همچنین خودش گروه شیمی.

قابل استفاده در زمینه بزرگتر تحقیقات باتری

فرآیندی که تیم توسعه داد، که در آن به تفصیل آمده است علمRosseinsky می گوید، می تواند در سراسر زمینه تحقیقات باتری و فراتر از آن قابل استفاده باشد. او می‌گوید: «دانش به‌دست‌آمده در کار ما در مورد چگونگی حمایت از حرکت سریع یون در جامدات مربوط به موادی غیر از آنهایی است که در باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌شوند و قابل تعمیم به سایر تکنیک‌هایی است که بر مواد رسانای یونی متکی هستند.» دنیای فیزیک. این شامل مواد رسانای یون پروتون یا اکسید و سلول‌های سوختی حالت جامد یا الکترولیزها برای تولید هیدروژن و همچنین مواد رسانای سدیم و منیزیم در ساختار باتری‌های جایگزین است.

محققان می گویند که لی7Si2S7من احتمالاً اولین مورد از بسیاری از مواد جدیدی هستم که با رویکرد جدید آنها در دسترس هستند. Rosseinsky نتیجه‌گیری می‌کند: «بنابراین در تعریف موادی که می‌توانند مورد مطالعه قرار گیرند و چگونه ویژگی‌های انتقال یون آنها به ساختارها و ترکیبات آنها متصل می‌شود، کارهای زیادی باید انجام داد.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک