Półprzewodnikowy elektrolit akumulatorowy stanowi szybki przewodnik litowo-jonowy – Świat Fizyki

Naukowcy z Uniwersytetu w Liverpoolu w Wielkiej Brytanii opracowali nowy półprzewodnikowy elektrolit do akumulatorów, który przewodzi jony litu tak szybko, że może konkurować z ciekłymi elektrolitami stosowanymi we współczesnych, wszechobecnych akumulatorach litowo-jonowych. Ta wysoka przewodność litowo-jonowa jest warunkiem wstępnym magazynowania energii wielokrotnego ładowania, ale jest to niezwykłe w przypadku ciał stałych, które w przeciwnym razie byłyby atrakcyjne dla akumulatorów, ponieważ są bezpieczniejsze i szybsze w ładowaniu.

Nowy elektrolit ma wzór chemiczny Li₇Si₂S₇I i zawiera uporządkowane jony siarczkowe i jodkowe ułożone zarówno w strukturę sześciokątną, jak i sześcienną o gęstym upakowaniu. Taka struktura sprawia, że ​​materiał jest wysoce przewodzący, ponieważ ułatwia przemieszczanie się jonów litu we wszystkich trzech wymiarach. „Można to sobie wyobrazić jako strukturę, która pozwala jonom litu mieć więcej „opcji” do wyboru w zakresie ruchu, co oznacza mniejsze ryzyko utknięcia w nich” – wyjaśnia Matt RosseinskyThe Chemik z Liverpoolu kto prowadził badania.

Właściwy materiał o odpowiednich właściwościach

Aby zidentyfikować materiał zapewniający swobodę ruchu, Rosseinsky i współpracownicy wykorzystali kombinację sztucznej inteligencji (AI) i narzędzi do przewidywania struktury kryształu. „Nasz pierwotny pomysł polegał na stworzeniu nowej strukturalnej rodziny przewodników jonowych inspirowanej złożonymi i różnorodnymi strukturami krystalicznymi materiałów międzymetalicznych, takich jak NiZr, w celu wygenerowania szerokiego zakresu potencjalnych miejsc przemieszczania się jonów litu pomiędzy nimi” – Rosseinsky wyjaśnia. Sztuczna inteligencja i inne narzędzia programowe pomogły zespołowi wiedzieć, gdzie szukać, chociaż „ostateczne decyzje zawsze podejmowali badacze, a nie oprogramowanie”.

Po zsyntetyzowaniu materiału w swoim laboratorium naukowcy określili jego strukturę za pomocą technik dyfrakcyjnych oraz przewodność litowo-jonową za pomocą NMR i pomiarów transportu elektrycznego. Następnie zademonstrowali doświadczalnie wydajność przewodnictwa litowo-jonowego, integrując materiał z ogniwem akumulatora.

Odkrywanie niezbadanej chemii

Badania Rosseinsky'ego skupiają się na projektowaniu i odkrywaniu materiałów wspierających przejście na bardziej zrównoważone formy energii. Ten rodzaj badań obejmuje szeroką gamę technik, w tym metody cyfrowe i zautomatyzowane, eksploracyjną syntezę materiałów o nowych strukturach i wiązaniach oraz ukierunkowaną syntezę materiałów o zastosowaniach w świecie rzeczywistym. „Nasze badanie połączyło wszystkie te wskazówki” – mówi.

Odkrywanie materiałów różniących się od znanych jest trudne, dodaje Rosseinsky, między innymi dlatego, że wszelkie potencjalne materiały muszą zostać opracowane eksperymentalnie w laboratorium. Gdy on i jego koledzy określą skład chemiczny syntetycznego materiału, muszą następnie zmierzyć jego właściwości elektroniczne i strukturalne. Nieuchronnie wymaga to badań interdyscyplinarnych: w niniejszej pracy Rosseinsky nawiązał współpracę z kolegami z Instytutu Fabryka Innowacji MateriałowychThe Centrum badawcze Leverhulme w zakresie projektowania materiałów funkcjonalnychThe Instytut Energii Odnawialnej Stephensona oraz Centrum Alberta Crewe i Szkoła Inżynierska jak i jego własny Wydział Chemii.

Ma zastosowanie w szerszej dziedzinie badań nad akumulatorami

Proces opracowany przez zespół, który jest szczegółowo opisany w nauka, mogłoby mieć zastosowanie w całej dziedzinie badań nad akumulatorami i poza nią, mówi Rosseinsky. „Wiedza zdobyta w trakcie naszej pracy na temat sprzyjania szybkiemu ruchowi jonów w ciałach stałych ma zastosowanie w przypadku materiałów innych niż te stosowane w akumulatorach litowo-jonowych i można ją uogólnić na inne techniki wykorzystujące materiały przewodzące jony” – mówi Świat Fizyki. „Obejmuje to materiały przewodzące jony protonowe lub tlenkowe oraz półprzewodnikowe ogniwa paliwowe lub elektrolizery do wytwarzania wodoru, a także materiały przewodzące sód i magnez w alternatywnych konstrukcjach akumulatorów”.

Naukowcy twierdzą, że Li₇Si₂S₇Prawdopodobnie jestem pierwszym z wielu nowych materiałów dostępnych dzięki nowemu podejściu. „Jest zatem wiele do zrobienia w określeniu, które materiały można badać i w jaki sposób ich właściwości transportu jonów łączą się z ich strukturą i składem” – podsumowuje Rosseinsky.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/