Электролит твердотельной батареи создает быстрый литий-ионный проводник

Исследователи из Ливерпульского университета (Великобритания) разработали новый электролит твердотельной батареи, который проводит ионы лития настолько быстро, что может конкурировать с жидкими электролитами, присутствующими в сегодняшних вездесущих литий-ионных батареях. Такая высокая литий-ионная проводимость является необходимым условием для перезаряжаемого хранения энергии, но она необычна для твердых тел, которые в противном случае являются привлекательны для аккумуляторов, поскольку они безопаснее и быстрее заряжаются.

Новый электролит имеет химическую формулу Li₇Si₂S₇I и содержит упорядоченные ионы сульфида и йода, имеющие как гексагональную, так и кубическую плотноупакованную структуру. Эта структура делает материал очень проводящим, поскольку облегчает движение ионов лития во всех трех измерениях. «Можно представить это как структуру, которая позволяет ионам лития иметь больше «вариантов» выбора для движения, что означает, что они с меньшей вероятностью застревают», — объясняет Мэтт Россейнски, Ливерпульский химик кто руководил исследованием.

Правильный материал с правильными свойствами

Чтобы определить материал, который обеспечивает эту свободу передвижения, Россеинский и его коллеги использовали комбинацию искусственного интеллекта (ИИ) и инструментов прогнозирования кристаллической структуры. «Наша первоначальная идея заключалась в том, чтобы создать новое структурное семейство ионных проводников, вдохновленное сложными и разнообразными кристаллическими структурами интерметаллических материалов, таких как NiZr, чтобы создать широкий спектр потенциальных мест для перемещения ионов лития», — Россейски объясняет. Искусственный интеллект и другие программные инструменты помогли команде понять, где искать, хотя «окончательные решения всегда принимались исследователями, а не программным обеспечением».

После синтеза материала в своей лаборатории исследователи определили его структуру с помощью дифракционных методов и его литий-ионную проводимость с помощью ЯМР и измерений электрического транспорта. Затем они экспериментально продемонстрировали эффективность литий-ионной проводимости, интегрировав материал в аккумуляторный элемент.

Изучаем неизведанную химию

Исследования Россеинского сосредоточены на разработке и открытии материалов, способствующих переходу к более устойчивым формам энергии. Этот тип исследований включает в себя широкий спектр методов, включая цифровые и автоматизированные методы, исследовательский синтез материалов с новыми структурами и связями, а также целенаправленный синтез материалов с реальными приложениями. «Наше исследование объединило все эти направления», — говорит он.

Россеинский добавляет, что обнаружить материалы, отличающиеся от известных, сложно, не в последнюю очередь потому, что любые материалы-кандидаты должны быть экспериментально реализованы в лаборатории. После того как он и его коллеги определили синтетический химический состав материала, им необходимо измерить его электронные и структурные свойства. Это неизбежно требует междисциплинарных исследований: в настоящей работе Россеинский объединился с коллегами в Фабрика инновационных материалов, Исследовательский центр Леверхалма по дизайну функциональных материалов, Институт возобновляемых источников энергии Стивенсона и Центр Альберта Крю и инженерная школа а также его собственный химический факультет.

Применимо к более широкой области исследований аккумуляторов.

Процесс, разработанный командой, подробно описан в Наука, может быть применимо во всей области исследования аккумуляторов и за ее пределами, говорит Россеинский. «Знания, полученные в нашей работе о том, как способствовать быстрому движению ионов в твердых телах, актуальны для материалов, отличных от тех, которые используются в литий-ионных батареях, и могут быть распространены на другие методы, основанные на ионопроводящих материалах», — говорит он. Мир физики. «Это включает в себя материалы, проводящие протоны или оксиды ионов, твердотельные топливные элементы или электролизеры для генерации водорода, а также материалы, проводящие натрий и магний, в альтернативных конструкциях батарей».

Исследователи говорят, что Ли₇Si₂S₇Я, вероятно, лишь первый из многих новых материалов, доступных с их новым подходом. «Таким образом, предстоит еще многое сделать, чтобы определить, какие материалы можно изучать и как их свойства переноса ионов связаны с их структурами и составами», — заключает Россеинский.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/