Vastestofbatterij-elektrolyt vormt een snelle lithium-iongeleider – Physics World

Onderzoekers van de Universiteit van Liverpool, Verenigd Koninkrijk, hebben een nieuwe elektrolyt uit een vaste stofbatterij ontwikkeld die lithiumionen zo snel geleidt dat deze zou kunnen concurreren met de vloeibare elektrolyten die in de hedendaagse alomtegenwoordige lithium-ionbatterijen worden aangetroffen. Deze hoge geleidbaarheid van lithium-ionen is een voorwaarde voor oplaadbare energieopslag, maar is ongebruikelijk in vaste stoffen, waar dat anders is aantrekkelijk voor batterijen omdat ze veiliger zijn en sneller kunnen worden opgeladen.

De nieuwe elektrolyt heeft de chemische formule Li₇Si₂S₇I en bevat geordende sulfide- en jodide-ionen gerangschikt in zowel een hexagonale als kubieke dicht opeengepakte structuur. Deze structuur maakt het materiaal zeer geleidend omdat het de beweging van lithiumionen in alle drie de dimensies vergemakkelijkt. “Je zou het kunnen zien als een structuur die ervoor zorgt dat lithiumionen meer ‘opties’ hebben om uit te kiezen voor beweging, wat betekent dat ze minder snel vastlopen”, legt hij uit. Matt Rosseinsky Scheikundige uit Liverpool die het onderzoek leidde.

Het juiste materiaal met de juiste eigenschappen

Om een ​​materiaal te identificeren dat deze bewegingsvrijheid mogelijk maakt, gebruikten Rosseinsky en collega's een combinatie van kunstmatige intelligentie (AI) en tools voor het voorspellen van de kristalstructuur. “Ons oorspronkelijke idee was om een ​​nieuwe structurele familie van ionengeleiders te creëren, geïnspireerd door de complexe en diverse kristalstructuren van intermetallische materialen, zoals NiZr, om zo een breed scala aan potentiële locaties te genereren waar de lithiumionen zich tussen kunnen verplaatsen,” zegt Rosseinsky. legt uit. AI en andere softwaretools hielpen het team te weten waar ze moesten zoeken, hoewel “de uiteindelijke beslissingen altijd door de onderzoekers werden genomen en niet door de software”.

Nadat ze het materiaal in hun laboratorium hadden gesynthetiseerd, bepaalden de onderzoekers de structuur ervan met diffractietechnieken en de lithium-iongeleiding met NMR- en elektrisch transportmetingen. Vervolgens demonstreerden ze experimenteel de efficiëntie van de lithium-iongeleiding door het materiaal in een batterijcel te integreren.

Het verkennen van onbekende chemie

Rosseinsky's onderzoek richt zich op het ontwerpen en ontdekken van materialen om de transitie naar duurzamere vormen van energie te ondersteunen. Dit soort onderzoek omvat een grote verscheidenheid aan technieken, waaronder digitale en geautomatiseerde methoden, verkennende synthese van materialen met nieuwe structuren en bindingen, en de gerichte synthese van materialen met toepassingen in de echte wereld. “Ons onderzoek bracht al deze richtingen samen”, zegt hij.

Het ontdekken van materialen die verschillen van bekende materialen is moeilijk, voegt Rosseinsky eraan toe, niet in de laatste plaats omdat eventuele kandidaatmaterialen experimenteel in het laboratorium moeten worden gerealiseerd. Zodra hij en zijn collega's de synthetische chemie van een materiaal hebben bepaald, moeten ze vervolgens de elektronische en structurele eigenschappen ervan meten. Dit vereist onvermijdelijk interdisciplinair onderzoek: in het huidige werk werkte Rosseinsky samen met collega's in de Materiaalinnovatiefabriek Leverhulme Onderzoekscentrum voor functioneel materiaalontwerp Stephenson Instituut voor Hernieuwbare Energie en Albert Crewe Centrum en School of Engineering evenals de zijne afdeling scheikunde.

Toepasbaar op het grotere gebied van batterijonderzoek

Het proces dat het team heeft ontwikkeld en dat gedetailleerd wordt beschreven Wetenschap, zou toepasbaar kunnen zijn op het hele gebied van batterijonderzoek en daarbuiten, zegt Rosseinsky. “De kennis die we hebben opgedaan in ons werk over hoe snelle ionenbewegingen in vaste stoffen kunnen worden bevorderd, is relevant voor andere materialen dan die welke worden gebruikt in lithium-ionbatterijen en is generaliseerbaar naar andere technieken die afhankelijk zijn van ionengeleidende materialen”, vertelt hij. Natuurkunde wereld. “Dit omvat proton- of oxide-ionengeleidende materialen en vaste brandstofcellen of elektrolysers voor de opwekking van waterstof, evenals natrium- en magnesiumgeleidende materialen in alternatieve batterijstructuren.”

De onderzoekers zeggen dat Li₇Si₂S₇I is waarschijnlijk slechts het eerste van vele nieuwe materialen die toegankelijk zijn met hun nieuwe aanpak. “Er valt dus nog veel te doen bij het definiëren van welke materialen bestudeerd kunnen worden en hoe hun ionentransporteigenschappen verband houden met hun structuren en samenstellingen”, besluit Rosseinsky.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/