固态电池电解质可成为快速锂离子导体 - 物理世界

英国利物浦大学的研究人员开发了一种新型固态电池电解质，其传导锂离子的速度非常快，可以与当今无处不在的锂离子电池中的液体电解质竞争。这种高锂离子电导率是可充电能量存储的先决条件，但在固体中却很不寻常，否则固体中的锂离子电导率就很低。 对电池有吸引力，因为它们充电更安全、更快.

新电解质的化学式为Li₇Si₂S₇I 并含有排列成六方和立方密堆积结构的有序硫化物和碘离子。这种结构使材料具有高导电性，因为它有利于锂离子在所有三个维度上的移动。 “人们可以将其设想为一种结构，允许锂离子有更多的‘选择’来选择运动，这意味着它们不太可能被卡住，”解释道 马特·罗辛斯基是， 利物浦化学家 谁领导了这项研究。

具有正确特性的正确材料

为了识别一种促进这种自由移动的材料，Rosseinsky 和同事结合使用了人工智能 (AI) 和晶体结构预测工具。 “我们最初的想法是受 NiZr 等金属间材料复杂多样的晶体结构的启发，创建一个新的离子导体结构系列，以便为锂离子在其之间移动提供广泛的潜在位点，”Rosseinsky解释说。人工智能和其他软件工具帮助团队知道去哪里寻找，尽管“最终的决定总是由研究人员而不是软件做出”。

在实验室合成该材料后，研究人员通过衍射技术确定了其结构，并通过核磁共振和电传输测量确定了其锂离子电导率。然后，他们通过将该材料集成到电池中，通过实验证明了锂离子传导效率。

探索未知的化学

罗森斯基的研究重点是设计和发现材料，以支持向更可持续的能源形式过渡。此类研究涉及多种技术，包括数字和自动化方法、具有新结构和键合的材料的探索性合成，以及具有实际应用的材料的定向合成。 “我们的研究将所有这些方向结合在一起，”他说。

罗森斯基补充说，发现与已知材料不同的材料很困难，尤其是因为任何候选材料都必须在实验室中通过实验实现。一旦他和他的同事确定了材料的合成化学，他们就必须测量其电子和结构特性。这不可避免地需要跨学科研究：在目前的工作中，罗森斯基与同事合作 材料创新工厂是， 莱弗休姆功能材料设计研究中心是， 斯蒂芬森可再生能源研究所 和 阿尔伯特·克鲁中心和工程学院 以及他自己的 化学系.

适用于更大的电池研究领域

团队开发的流程，详细信息参见 科学罗森斯基说，可能适用于整个电池研究领域及其他领域。 “我们在工作中获得的有关如何促进固体中离子快速运动的知识与锂离子电池中使用的材料以外的材料相关，并且可以推广到依赖离子传导材料的其他技术，”他告诉我们 物理世界。 “这包括质子或氧化物离子传导材料和固态燃料电池或用于制氢的电解槽，以及替代电池结构中的钠和镁传导材料。”

研究人员表示，李₇Si₂S₇我可能只是通过他们的新方法获得的许多新材料中的第一个。 “因此，在定义哪些材料可以研究以及它们的离子传输特性如何与其结构和成分联系起来方面还有很多工作要做，”罗森斯基总结道。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/solid-state-battery-electrolyte-makes-a-fast-lithium-ion-conductor/