אלקטרוליט סוללה במצב מוצק מייצר מוליך ליתיום-יון מהיר - עולם הפיזיקה

חוקרים מאוניברסיטת ליברפול, בריטניה פיתחו אלקטרוליט חדש לסוללה במצב מוצק המוליך יוני ליתיום כל כך מהר, שהוא יכול להתחרות עם האלקטרוליטים הנוזליים המצויים בסוללות הליתיום-יון הנמצאות בכל מקום של היום. מוליכות ליתיום-יון גבוהה זו היא תנאי מוקדם לאחסון אנרגיה נטענת, אך היא יוצאת דופן במוצקים, שהם אחרת אטרקטיבי עבור סוללות כי הן בטוחות ומהיר יותר לטעינה.

לאלקטרוליט החדש יש את הנוסחה הכימית Li₇Si₂S₇I ומכיל יוני גופרית ויוד מסודרים המסודרים במבנה משושה וגם במבנה ארוז מעוקב. מבנה זה הופך את החומר למוליך מאוד מכיוון שהוא מקל על התנועה של יוני ליתיום בכל שלושת הממדים. "אפשר לראות את זה כמבנה שמאפשר ליוני ליתיום לקבל יותר 'אפשרויות' לבחירה לתנועה, מה שאומר שהם פחות יתקעו", מסביר מאט רוסינסקי, ה כימאי ליברפול מי שהוביל את המחקר.

החומר הנכון עם התכונות הנכונות

כדי לזהות חומר המאפשר את חופש התנועה הזה, רוסינסקי ועמיתיו השתמשו בשילוב של בינה מלאכותית (AI) וכלי חיזוי מבנה גבישים. "הרעיון המקורי שלנו היה ליצור משפחה מבנית חדשה של מוליכים יונים בהשראת מבני הגביש המורכבים והמגוונים של חומרים בין-מתכתיים, כגון NiZr, על מנת ליצור מגוון רחב של אתרים פוטנציאליים עבור יוני הליתיום לנוע ביניהם," רוסיינסקי מסביר. AI וכלי תוכנה אחרים עזרו לצוות לדעת היכן לחפש, אם כי "ההחלטות הסופיות תמיד התקבלו על ידי החוקרים ולא התוכנה".

לאחר סינתזה של החומר במעבדה שלהם, החוקרים קבעו את המבנה שלו באמצעות טכניקות עקיפה ואת מוליכות הליתיום-יון שלו עם מדידות NMR ותחבורה חשמלית. לאחר מכן הם הדגימו את יעילות מוליכות הליתיום-יון בניסוי על ידי שילוב החומר בתא סוללה.

חקר כימיה לא ידועה

המחקר של רוסינסקי מתמקד בתכנון וגילוי חומרים כדי לתמוך במעבר לצורות בר קיימא יותר של אנרגיה. סוג זה של מחקר כולל מגוון רחב של טכניקות, כולל שיטות דיגיטליות ואוטומטיות, סינתזה חקרנית של חומרים עם מבנים והתקשרות חדשים, וסינתזה ממוקדת של חומרים עם יישומים בעולם האמיתי. "המחקר שלנו הפגיש את כל הכיוונים האלה", הוא אומר.

גילוי חומרים שונים מהידועים הוא קשה, מוסיף רוסינסקי, לא מעט משום שכל החומרים המועמדים חייבים להתממש בניסוי במעבדה. לאחר שהוא ועמיתיו קבעו את הכימיה הסינתטית של החומר, עליהם למדוד את התכונות האלקטרוניות והמבניות שלו. זה מצריך בהכרח מחקר בין-תחומי: בעבודה הנוכחית, רוסינסקי חבר עם עמיתים בתחום מפעל לחדשנות חומרים, ה מרכז המחקר של לבורהולמה לעיצוב חומרים פונקציונליים, ה מכון סטפנסון לאנרגיה מתחדשת ו מרכז אלברט קרו ובית הספר להנדסה כמו גם שלו המחלקה לכימיה.

ישים לתחום הגדול יותר של חקר סוללות

התהליך שפיתח הצוות, אשר מפורט ב מדע, יכול להיות ישים בכל תחום חקר הסוללות ומעבר לו, אומר רוסינסקי. "הידע שנצבר בעבודתנו על איך להעדיף תנועת יונים מהירה במוצקים רלוונטי לחומרים אחרים מאלה המשמשים בסוללות ליתיום-יון וניתן להכללה לטכניקות אחרות המסתמכות על חומרים מוליכים יונים", הוא אומר. עולם הפיזיקה. "זה כולל חומרים מוליכים פרוטון או יון תחמוצת ותאי דלק במצב מוצק או אלקטרוליזים לייצור מימן, כמו גם חומרים מוליכים נתרן ומגנזיום במבני סוללה חלופיים".

החוקרים אומרים שלי₇Si₂S₇אני כנראה רק הראשון מבין חומרים חדשים רבים הנגישים עם הגישה החדשה שלהם. "לפיכך יש הרבה מה לעשות בהגדרה אילו חומרים ניתן ללמוד וכיצד תכונות הובלת היונים שלהם מתחברות למבנים ולהרכבים שלהם", מסכם רוסינסקי.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/