全固体電池の電解質は高速リチウムイオン伝導体を作る – Physics World

英国リバプール大学の研究者らは、リチウムイオンを非常に速く伝導する新しい固体電池電解質を開発した。この電解質は、今日どこにでもあるリチウムイオン電池に含まれる液体電解質と競合できる可能性がある。この高いリチウムイオン伝導率は再充電可能なエネルギー貯蔵の前提条件ですが、固体では異例です。 バッテリーは安全で充電が早いため魅力的です.

新しい電解質の化学式はLiです。₇Si₂S₇I には、六方晶系と立方最密充填構造の両方に配置された規則正しい硫化物イオンとヨウ化物イオンが含まれています。この構造により、リチウムイオンの 3 次元すべての移動が容易になるため、材料の導電性が高くなります。 「これは、リチウムイオンが移動する際により多くの『オプション』を選択できるようにする構造として考えられます。つまり、リチウムイオンが動けなくなる可能性が低くなります。」と説明します。 マット・ロセインスキー リバプールの化学者 研究を主導した人。

適切な特性を持つ適切な材料

この自由な動きを促進する材料を特定するために、Rosseinsky らは人工知能 (AI) と結晶構造予測ツールを組み合わせて使用​​しました。 「私たちの当初のアイデアは、リチウムイオンが移動するための広範囲の潜在的なサイトを生成するために、NiZrなどの金属間化合物の複雑で多様な結晶構造に触発されたイオン伝導体の新しい構造ファミリーを作成することでした。」とロセインスキー氏は述べています。と説明します。 AI やその他のソフトウェア ツールは、チームがどこを見るべきかを知るのに役立ちましたが、「最終的な決定は常に研究者によって行われ、ソフトウェアではありませんでした」。

研究者らは研究室でこの材料を合成した後、回折技術でその構造を決定し、NMRと電気輸送測定でリチウムイオン伝導度を決定した。次に彼らは、この材料をバッテリーセルに組み込むことによって、リチウムイオン伝導効率を実験的に実証しました。

未知の化学の探求

ロセインスキーの研究は、より持続可能なエネルギー形態への移行をサポートする材料の設計と発見に焦点を当てています。このタイプの研究には、デジタルおよび自動化された手法、新しい構造と結合を備えた材料の探索的合成、現実世界のアプリケーションを使用した材料のターゲットを絞った合成など、幅広い技術が含まれます。 「私たちの研究は、これらすべての方向性をまとめました」と彼は言います。

ロセインスキー氏は、既知の材料と異なる材料を発見することは困難であり、特に候補となる材料は研究室で実験的に実現する必要があるため、困難であると付け加えた。彼と彼の同僚は、材料の合成化学を決定したら、次にその電子的および構造的特性を測定する必要があります。これには必然的に学際的な研究が必要になります。今回の研究では、ロセインスキーは研究者の同僚と協力しました。 マテリアルズイノベーションファクトリー レバーフルム機能性材料設計研究センター スティーブンソン再生可能エネルギー研究所 と アルバート クルー センターおよび工学部 彼自身のものと同様に 化学科.

電池研究のより広い分野に適用可能

チームが開発したプロセス。詳細は、 科学、電池研究の分野全体、そしてそれ以外にも応用できる可能性がある、とロセインスキー氏は言う。 「固体中の高速イオン運動を促進する方法についての私たちの研究で得られた知識は、リチウムイオン電池で使用されている材料以外の材料にも関連しており、イオン伝導材料に依存する他の技術にも一般化できます」と彼は言います。 物理学の世界。 「これには、プロトンまたは酸化物イオン伝導性材料、固体燃料電池または水素生成用の電解槽、さらには代替電池構造のナトリウムおよびマグネシウム伝導性材料が含まれます。」

研究者らによると、李氏は₇Si₂S₇私はおそらく、彼らの新しいアプローチでアクセスできる多くの新しい資料の最初のものにすぎません。 「したがって、どの材料を研究できるのか、またそのイオン輸送特性がその構造や組成にどのように関係するのかを定義するにはやるべきことがたくさんあります」とロセインスキー氏は結論づけています。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/