อิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่โซลิดสเตตสร้างตัวนำลิเธียมไอออนที่รวดเร็ว - Physics World

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล สหราชอาณาจักรได้พัฒนาอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่โซลิดสเตตตัวใหม่ที่นำลิเธียมไอออนอย่างรวดเร็ว มันสามารถแข่งขันกับอิเล็กโทรไลต์ของเหลวที่พบในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่แพร่หลายในปัจจุบัน ค่าการนำไฟฟ้าลิเธียมไอออนที่สูงนี้เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบชาร์จได้ แต่จะพบความผิดปกติในของแข็ง ซึ่งไม่เป็นเช่นนั้น น่าสนใจสำหรับแบตเตอรี่เพราะปลอดภัยกว่าและชาร์จเร็วกว่า.

อิเล็กโทรไลต์ชนิดใหม่มีสูตรทางเคมี Li₇Si₂S₇I และประกอบด้วยไอออนซัลไฟด์และไอโอไดด์ตามลำดับที่จัดเรียงอยู่ในโครงสร้างบรรจุทั้งหกเหลี่ยมและลูกบาศก์ปิด โครงสร้างนี้ทำให้วัสดุมีความนำไฟฟ้าสูง เนื่องจากช่วยให้การเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนในทั้งสามมิติสะดวกขึ้น “ใครๆ ก็มองว่ามันเป็นโครงสร้างที่ทำให้ลิเธียมไอออนมี 'ตัวเลือก' ให้เลือกสำหรับการเคลื่อนไหวมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะมีโอกาสติดขัดน้อยลง” อธิบาย แมตต์ รอสเซนสกี้ที่ นักเคมีลิเวอร์พูล ใครเป็นผู้นำการวิจัย

วัสดุที่เหมาะสมพร้อมคุณสมบัติที่เหมาะสม

เพื่อระบุวัสดุที่เอื้อต่อเสรีภาพในการเคลื่อนไหวนี้ Rosseinsky และเพื่อนร่วมงานได้ใช้การผสมผสานระหว่างปัญญาประดิษฐ์ (AI) และเครื่องมือทำนายโครงสร้างคริสตัล “แนวคิดเดิมของเราคือการสร้างกลุ่มตัวนำไอออนที่มีโครงสร้างใหม่โดยได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างผลึกที่ซับซ้อนและหลากหลายของวัสดุระหว่างโลหะ เช่น NiZr เพื่อสร้างพื้นที่ที่มีศักยภาพสำหรับลิเธียมไอออนที่จะเคลื่อนที่ไปมา” Rosseinsky อธิบาย AI และเครื่องมือซอฟต์แวร์อื่นๆ ช่วยให้ทีมรู้ว่าจะต้องดูที่ใด แม้ว่า “การตัดสินใจขั้นสุดท้ายมักจะกระทำโดยนักวิจัย ไม่ใช่ซอฟต์แวร์”

หลังจากสังเคราะห์วัสดุในห้องปฏิบัติการแล้ว นักวิจัยได้กำหนดโครงสร้างของวัสดุด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนและการนำไฟฟ้าลิเธียมไอออนด้วย NMR และการวัดการขนส่งทางไฟฟ้า จากนั้นพวกเขาก็สาธิตประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าลิเธียมไอออนโดยการทดลองโดยการรวมวัสดุเข้ากับเซลล์แบตเตอรี่

สำรวจเคมีที่ไม่จดที่แผนที่

การวิจัยของ Rosseinsky มุ่งเน้นไปที่การออกแบบและการค้นพบวัสดุเพื่อสนับสนุนการเปลี่ยนไปสู่รูปแบบพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้น การวิจัยประเภทนี้เกี่ยวข้องกับเทคนิคที่หลากหลาย รวมถึงวิธีการดิจิทัลและอัตโนมัติ การสังเคราะห์เชิงสำรวจของวัสดุที่มีโครงสร้างและพันธะใหม่ และการสังเคราะห์วัสดุแบบกำหนดเป้าหมายพร้อมการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง “การศึกษาของเรานำคำแนะนำทั้งหมดนี้มารวมกัน” เขากล่าว

Rosseinsky กล่าวเพิ่มเติมว่าการค้นพบวัสดุที่แตกต่างจากที่รู้จักนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากวัสดุที่เข้าข่ายจะต้องได้รับการทดลองในห้องปฏิบัติการ เมื่อเขาและเพื่อนร่วมงานได้กำหนดเคมีสังเคราะห์ของวัสดุแล้ว พวกเขาจะต้องวัดคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และโครงสร้างของวัสดุนั้น สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการวิจัยแบบสหวิทยาการอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้: ในงานปัจจุบัน Rosseinsky ร่วมมือกับเพื่อนร่วมงานใน โรงงานนวัตกรรมวัสดุที่ ศูนย์วิจัย Leverhulme เพื่อการออกแบบวัสดุเชิงหน้าที่ที่ สถาบันสตีเฟนสันเพื่อพลังงานทดแทน และ ศูนย์ Albert Crewe และคณะวิศวกรรมศาสตร์ เช่นเดียวกับของเขาเอง ภาควิชาเคมี.

ใช้ได้กับการวิจัยแบตเตอรี่ในสาขาที่ใหญ่กว่า

กระบวนการที่ทีมงานพัฒนาขึ้นซึ่งมีรายละเอียดอยู่ใน วิทยาศาสตร์สามารถนำมาใช้ได้ตลอดทั้งสาขาการวิจัยแบตเตอรี่และอื่นๆ Rosseinsky กล่าว “ความรู้ที่ได้รับในงานของเราเกี่ยวกับวิธีการสนับสนุนการเคลื่อนที่ของไอออนเร็วในของแข็งนั้นเกี่ยวข้องกับวัสดุอื่นนอกเหนือจากที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และสามารถใช้ได้กับเทคนิคอื่น ๆ ที่ต้องอาศัยวัสดุที่นำไอออน” เขากล่าว โลกฟิสิกส์. “ซึ่งรวมถึงวัสดุนำไฟฟ้าโปรตอนหรือออกไซด์ไอออน และเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดสเตตหรืออิเล็กโตรไลเซอร์สำหรับการผลิตไฮโดรเจน ตลอดจนวัสดุที่นำไฟฟ้าโซเดียมและแมกนีเซียมในโครงสร้างแบตเตอรี่ทางเลือก”

นักวิจัยกล่าวว่าหลี่₇Si₂S₇ฉันน่าจะเป็นเพียงวัสดุใหม่ชิ้นแรกจากจำนวนมากที่สามารถเข้าถึงได้ด้วยแนวทางใหม่ของพวกเขา "ยังมีสิ่งที่ต้องทำอีกมากในการพิจารณาว่าวัสดุชนิดใดที่สามารถศึกษาได้ และคุณสมบัติการขนส่งไอออนของวัสดุเหล่านี้เชื่อมโยงกับโครงสร้างและองค์ประกอบของวัสดุเหล่านี้อย่างไร" Rosseinsky กล่าวสรุป

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/