Solid-state batterielektrolyt gör en snabb litiumjonledare – Physics World

Forskare vid University of Liverpool, Storbritannien har utvecklat en ny solid-state batterielektrolyt som leder litiumjoner så snabbt att den kan konkurrera med de flytande elektrolyterna som finns i dagens allestädes närvarande litiumjonbatterier. Denna höga litiumjonledningsförmåga är en förutsättning för laddningsbar energilagring, men den är ovanlig i fasta ämnen, som annars är attraktiva för batterier eftersom de är säkrare och snabbare att ladda.

Den nya elektrolyten har den kemiska formeln Li₇Si₂S₇I och innehåller ordnade sulfid- och jodidjoner arrangerade i både en hexagonal och kubiskt tätpackad struktur. Denna struktur gör materialet mycket ledande eftersom det underlättar förflyttning av litiumjoner i alla tre dimensioner. "Man skulle kunna tänka sig det som en struktur som tillåter litiumjoner att ha fler "alternativ" att välja mellan för rörelse, vilket innebär att de är mindre benägna att fastna", förklarar Matt Roseinsky, den Liverpool kemist vem ledde forskningen.

Rätt material med rätt egenskaper

För att identifiera ett material som underlättar denna rörelsefrihet använde Rosseinsky och kollegor en kombination av artificiell intelligens (AI) och verktyg för att förutsäga kristallstruktur. "Vår ursprungliga idé var att skapa en ny strukturell familj av jonledare inspirerade av de komplexa och mångfaldiga kristallstrukturerna hos intermetalliska material, såsom NiZr, för att generera ett brett utbud av potentiella platser för litiumjonerna att röra sig mellan," Rosseinsky förklarar. AI och andra mjukvaruverktyg hjälpte teamet att veta var de skulle leta, även om "de slutliga besluten alltid togs av forskarna och inte programvaran".

Efter att ha syntetiserat materialet i sitt laboratorium bestämde forskarna dess struktur med diffraktionstekniker och dess litiumjonkonduktivitet med NMR och elektriska transportmätningar. De demonstrerade sedan litiumjonkonduktiviteten experimentellt genom att integrera materialet i en battericell.

Utforska okända kemi

Roseinskys forskning fokuserar på att designa och upptäcka material för att stödja en övergång till mer hållbara energiformer. Denna typ av forskning involverar en mängd olika tekniker, inklusive digitala och automatiserade metoder, utforskande syntes av material med nya strukturer och bindningar, och målinriktad syntes av material med verkliga tillämpningar. "Vår studie sammanförde alla dessa riktningar", säger han.

Att upptäcka material som skiljer sig från kända är svårt, tillägger Rosseinsky, inte minst för att eventuella kandidatmaterial måste experimentellt realiseras i labbet. När han och hans kollegor har bestämt ett materials syntetiska kemi måste de mäta dess elektroniska och strukturella egenskaper. Detta kräver oundvikligen tvärvetenskaplig forskning: i detta arbete har Roseinsky slagit sig ihop med kollegor i Material Innovation Factory, den Leverhulme forskningscentrum för funktionell materialdesign, den Stephenson Institute for Renewable Energy och Albert Crewe Center och School of Engineering såväl som hans eget institutionen för kemi.

Gäller det större området av batteriforskning

Processen som teamet utvecklade, som beskrivs i detalj Vetenskap, skulle kunna tillämpas inom hela området för batteriforskning och bortom, säger Rosseinsky. "Kunskapen som vi har vunnit i vårt arbete om hur man gynnar snabb jonrörelse i fasta ämnen är relevant för andra material än de som används i litiumjonbatterier och är generaliserbar till andra tekniker som bygger på jonledande material", säger han. Fysikvärlden. "Detta inkluderar proton- eller oxidjonledande material och fasta bränsleceller eller elektrolysörer för vätegenerering, såväl som natrium- och magnesiumledande material i alternativa batteristrukturer."

Forskarna säger att Li₇Si₂S₇Jag är förmodligen bara den första av många nya material som är tillgängliga med deras nya tillvägagångssätt. "Det finns alltså mycket att göra för att definiera vilka material som kan studeras och hur deras jontransportegenskaper ansluter till deras strukturer och sammansättningar", avslutar Roseinsky.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/