A szilárdtest akkumulátor-elektrolit gyors lítium-ion vezetővé válik – Fizika világa

A Liverpooli Egyetem kutatói új szilárdtest-akkumulátor-elektrolitot fejlesztettek ki, amely olyan gyorsan vezeti a lítium-ionokat, hogy versenyezhet a mai lítium-ion akkumulátorokban található folyékony elektrolitokkal. Ez a magas lítium-ion vezetőképesség az újratölthető energiatárolás előfeltétele, de szokatlan szilárd anyagokban, amelyek egyébként vonzó az akkumulátorok számára, mert biztonságosabbak és gyorsabban tölthetők.

Az új elektrolit kémiai képlete Li₇Si₂S₇I és rendezett szulfid- és jodidionokat tartalmaz hatszögletű és köbös-tömött szerkezetben egyaránt. Ez a szerkezet rendkívül vezetőképessé teszi az anyagot, mert megkönnyíti a lítium-ionok mozgását mindhárom dimenzióban. „Elképzelhető egy olyan szerkezet, amely lehetővé teszi, hogy a lítium-ionok több „lehetőséget” kínáljanak a mozgáshoz, ami azt jelenti, hogy kisebb az esélye, hogy elakadnak” – magyarázza. Matt Rosseinsky, a Liverpool vegyész ki vezette a kutatást.

Megfelelő anyag a megfelelő tulajdonságokkal

Rosseinsky és munkatársai a mesterséges intelligencia (AI) és a kristályszerkezet-előrejelző eszközök kombinációját alkalmazták egy olyan anyag azonosítására, amely elősegíti ezt a mozgásszabadságot. "Eredeti ötletünk az volt, hogy ionvezetők új szerkezeti családját hozzuk létre, amelyet az intermetallikus anyagok, például a NiZr összetett és változatos kristályszerkezetei ihlettek, hogy a lítium-ionok mozgási helyeinek széles skáláját hozzuk létre" - mondta Rosseinsky. magyarázza. A mesterséges intelligencia és más szoftvereszközök segítettek a csapatnak tudni, hol kell keresni, bár „a végső döntéseket mindig a kutatók hozták meg, nem a szoftver”.

A kutatók laboratóriumukban szintetizálták az anyagot, diffrakciós technikákkal, lítium-ion vezetőképességét pedig NMR és elektromos transzport mérésekkel határozták meg. Ezután kísérletileg demonstrálták a lítium-ion vezetőképesség hatékonyságát, az anyagot egy akkumulátorcellába integrálva.

Ismeretlen kémia felfedezése

Rosseinsky kutatása olyan anyagok tervezésére és felfedezésére összpontosít, amelyek támogatják a fenntarthatóbb energiaformákra való átállást. Az ilyen típusú kutatás a technikák széles skáláját foglalja magában, beleértve a digitális és automatizált módszereket, az új szerkezetű és kötésű anyagok feltáró szintézisét, valamint az anyagok célzott szintézisét valós alkalmazásokkal. „Tanulmányunk ezeket az irányokat egyesítette” – mondja.

Rosseinsky hozzáteszi, hogy nehéz olyan anyagokat felfedezni, amelyek különböznek az ismertektől, nem utolsósorban azért, mert minden jelölt anyagot kísérleti úton kell megvalósítani a laboratóriumban. Miután kollégáival meghatározták egy anyag szintetikus kémiáját, meg kell mérniük az elektronikus és szerkezeti tulajdonságait. Ez elkerülhetetlenül interdiszciplináris kutatást igényel: jelen munkában Rosseinsky a Anyaginnovációs gyár, a Leverhulme Funkcionális Anyagtervezési Kutatóközpont, a Stephenson Institute for Renewable Energy és a Albert Crewe Center és School of Engineering valamint a sajátját kémia tanszék.

Alkalmazható az akkumulátorkutatás nagyobb területére

A csapat által kidolgozott folyamat, amely részletesen le van írva TudományRosseinsky szerint az akkumulátorkutatás egész területén és azon túl is alkalmazható lenne. „A munkánk során megszerzett tudás a szilárd anyagok gyors ionmozgásának előnyben részesítéséről a lítium-ion akkumulátorokban használt anyagoktól eltérő anyagok esetében is releváns, és általánosítható más technikákra is, amelyek ionvezető anyagokon alapulnak” – mondja. Fizika Világa. "Ebbe beletartoznak a proton- vagy oxidion-vezető anyagok és a szilárdtest tüzelőanyag-cellák vagy elektrolizátorok a hidrogén előállítására, valamint a nátrium- és magnéziumvezető anyagok az alternatív akkumulátorszerkezetekben."

A kutatók szerint Li₇Si₂S₇Valószínűleg csak az első vagyok a sok új anyag közül, amelyek az új megközelítésükkel elérhetők. „Sok tennivaló van tehát annak meghatározásában, hogy mely anyagok tanulmányozhatók, és hogyan kapcsolódhatnak iontranszport tulajdonságaik szerkezetükhöz és összetételükhöz” – összegzi Rosseinsky.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/