Solid-state akkuelektrolyytti tekee nopean litiumionijohtimen – Physics World

Liverpoolin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden kiinteän olomuodon akkuelektrolyytin, joka johtaa litiumioneja niin nopeasti, että se voisi kilpailla nykypäivän kaikkialla esiintyvissä litiumioniakuissa olevien nestemäisten elektrolyyttien kanssa. Tämä korkea litiumionijohtavuus on ladattavan energian varastoinnin edellytys, mutta se on epätavallista kiinteissä aineissa, jotka muuten ovat houkuttelevia akuille, koska ne ovat turvallisempia ja nopeampia ladata.

Uuden elektrolyytin kemiallinen kaava on Li₇Si₂S₇I ja sisältää järjestettyjä sulfidi- ja jodidi-ioneja sekä kuusikulmainen että kuutiotiiviisti pakattuina. Tämä rakenne tekee materiaalista erittäin johtavan, koska se helpottaa litiumionien liikkumista kaikissa kolmessa ulottuvuudessa. "Voisi kuvitella sen rakenteena, joka antaa litiumioneille enemmän "vaihtoehtoja" liikkumiseen, mikä tarkoittaa, että ne eivät todennäköisesti juutu kiinni", selittää. Matt Rosseinsky, The Liverpoolin kemisti joka johti tutkimusta.

Oikea materiaali oikeilla ominaisuuksilla

Tunnistaakseen materiaalin, joka helpottaa tätä liikkumisvapautta, Rosseinsky ja kollegat käyttivät tekoälyn (AI) ja kristallirakenteen ennustamistyökalujen yhdistelmää. "Alkuperäinen ideamme oli luoda uusi rakenteellinen ionijohtimien perhe, joka on saanut inspiraationsa metallienvälisten materiaalien, kuten NiZr:n, monimutkaisista ja monipuolisista kiderakenteista, jotta saataisiin aikaan laaja valikoima potentiaalisia paikkoja litiumionien liikkumiselle", Rosseinsky. selittää. Tekoäly ja muut ohjelmistotyökalut auttoivat tiimiä tietämään, mistä etsiä, vaikka "lopulliset päätökset tekivät aina tutkijat, eivät ohjelmistot".

Syntetisoituaan materiaalin laboratoriossaan tutkijat määrittelivät sen rakenteen diffraktiotekniikoilla ja litiumionijohtavuuden NMR- ja sähkökuljetusmittauksilla. Sitten he osoittivat litiumionijohtavuuden tehokkuuden kokeellisesti integroimalla materiaalin akkukennoon.

Tutkimatonta kemiaa

Rosseinskyn tutkimus keskittyy materiaalien suunnitteluun ja löytämiseen, jotka tukevat siirtymistä kestävämpiin energiamuotoihin. Tämäntyyppiseen tutkimukseen sisältyy monenlaisia ​​tekniikoita, mukaan lukien digitaaliset ja automatisoidut menetelmät, uusien rakenteiden ja sidosten materiaalien tutkiva synteesi sekä materiaalien kohdennettu synteesi tosielämän sovelluksilla. "Tutkimuksemme yhdisti kaikki nämä suunnat", hän sanoo.

Tunnetuista poikkeavien materiaalien löytäminen on vaikeaa, Rosseinsky lisää, ei vähiten siksi, että kaikki ehdokasmateriaalit on toteutettava kokeellisesti laboratoriossa. Kun hän ja hänen kollegansa ovat määrittäneet materiaalin synteettisen kemian, heidän on mitattava sen elektroniset ja rakenteelliset ominaisuudet. Tämä vaatii väistämättä tieteidenvälistä tutkimusta: tässä työssä Rosseinsky teki yhteistyötä kollegoiden kanssa Materiaaliinnovaatiotehdas, The Leverhulmen toiminnallisen materiaalisuunnittelun tutkimuskeskus, The Stephenson Institute for Renewable Energy ja Albert Crewe Center ja Engineering School samoin kuin omansa kemian laitos.

Soveltuu laajempaan akkututkimuksen alaan

Tiimin kehittämä prosessi, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti tiede, voisi olla sovellettavissa koko akkututkimuksen alalla ja sen ulkopuolella, Rosseinsky sanoo. "Työssämme saama tieto nopean ioniliikkeen suosimisesta kiinteissä aineissa koskee muita materiaaleja kuin niitä, joita käytetään litiumioniakuissa, ja se on yleistettävissä muihin ionijohtaviin materiaaleihin perustuviin tekniikoihin", hän kertoo. Fysiikan maailma. "Tämä sisältää protoni- tai oksidi-ioneja johtavat materiaalit ja kiinteän tilan polttokennot tai elektrolyysilaitteet vedyn tuottamiseen sekä natriumia ja magnesiumia johtavat materiaalit vaihtoehtoisissa akkurakenteissa."

Tutkijat sanovat, että Li₇Si₂S₇Olen todennäköisesti vain ensimmäinen monista uusista materiaaleista, jotka ovat saatavilla heidän uudella lähestymistapallaan. "On siis paljon tehtävää määriteltäessä, mitä materiaaleja voidaan tutkia ja kuinka niiden ioninkuljetusominaisuudet liittyvät niiden rakenteisiin ja koostumuksiin", Rosseinsky päättää.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/