Електроліт твердотільного акумулятора створює швидкий літій-іонний провідник – Physics World

Дослідники з Університету Ліверпуля, Великобританія, розробили новий електроліт для твердотільного акумулятора, який проводить іони літію настільки швидко, що він може конкурувати з рідкими електролітами, які містяться в сучасних літій-іонних акумуляторах. Ця висока літій-іонна провідність є необхідною умовою для накопичення енергії, що перезаряджається, але це незвично для твердих речовин, які інакше привабливі для акумуляторів, оскільки вони безпечніші та швидше заряджаються.

Новий електроліт має хімічну формулу Li₇Si₂S₇I і містить упорядковані сульфідні та йодидні іони, розташовані як у гексагональну, так і в кубічну щільно упаковану структуру. Ця структура робить матеріал високопровідним, оскільки полегшує рух іонів літію в усіх трьох вимірах. «Можна уявити це як структуру, яка дозволяє іонам літію мати більше «варіантів» для вибору для руху, що означає, що вони з меншою ймовірністю застрягнуть», – пояснює. Мет Россейнскі, Ліверпульський хімік який керував дослідженнями.

Правильний матеріал з правильними властивостями

Щоб ідентифікувати матеріал, який сприяє цій свободі пересування, Россеїнський та його колеги використовували комбінацію штучного інтелекту (ШІ) та інструментів прогнозування кристалічної структури. «Наша початкова ідея полягала в тому, щоб створити нове структурне сімейство іонних провідників, натхненних складними та різноманітними кристалічними структурами інтерметалічних матеріалів, таких як NiZr, щоб створити широкий діапазон потенційних місць для переміщення іонів літію», — Россеїнський. пояснює. ШІ та інші програмні інструменти допомогли команді знати, де шукати, хоча «остаточні рішення завжди приймали дослідники, а не програмне забезпечення».

Після синтезу матеріалу у своїй лабораторії дослідники визначили його структуру за допомогою дифракційних методів і літій-іонну провідність за допомогою ЯМР та вимірювань електричного транспорту. Потім вони експериментально продемонстрували ефективність літій-іонної провідності, інтегрувавши матеріал у елемент батареї.

Дослідження незвіданої хімії

Дослідження Россеїнського зосереджені на розробці та відкритті матеріалів для підтримки переходу до більш стійких форм енергії. Цей тип дослідження передбачає широкий спектр методів, включаючи цифрові та автоматизовані методи, дослідницький синтез матеріалів з новими структурами та зв’язками, а також цілеспрямований синтез матеріалів із застосуванням у реальному світі. «Наше дослідження об’єднало всі ці напрямки», — каже він.

Виявляти матеріали, які відрізняються від відомих, важко, додає Россеїнський, не в останню чергу тому, що будь-які матеріали-кандидати повинні бути експериментально реалізовані в лабораторії. Коли він і його колеги визначили синтетичну хімію матеріалу, вони повинні виміряти його електронні та структурні властивості. Це неминуче вимагає міждисциплінарних досліджень: у цій роботі Россеїнський об’єднався з колегами з Фабрика інноваційних матеріалів, Leverhulme Research Center for Functional Materials Design, Інститут відновлюваної енергії Стівенсона і Центр Альберта Крю та Інженерна школа а також його власний кафедра хімії.

Застосовується до ширшої галузі дослідження акумуляторів

Процес, розроблений командою, детально описаний у наука, може бути застосований у всій галузі дослідження акумуляторів і за її межами, каже Россеїнський. «Знання, отримані в нашій роботі про те, як сприяти швидкому руху іонів у твердих тілах, актуальні для матеріалів, відмінних від тих, що використовуються в літій-іонних батареях, і можна узагальнити для інших методів, які покладаються на іонопровідні матеріали», — розповідає він. Світ фізики. «Це включає в себе матеріали, що проводять протони або оксидні іони, і твердотільні паливні елементи або електролізери для виробництва водню, а також матеріали, що проводять натрій і магній, в альтернативних структурах акумуляторів».

Дослідники кажуть, що Лі₇Si₂S₇Я, ймовірно, лише перший із багатьох нових матеріалів, доступних завдяки їх новому підходу. «Таким чином, потрібно багато зробити, щоб визначити, які матеріали можна вивчати та як їхні властивості транспорту іонів пов’язані з їх структурою та складом», — підсумовує Россеїнський.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/