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研究人員開發(fā)高效多金屬固態(tài)電解質(zhì) 有助于降低固態(tài)電池的成本

時間:2023-02-26 10:44來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       據(jù)外媒報道,勞倫斯伯克利國家實驗室(Berkeley Lab)和佛羅里達州立大學(Florida State University)的團隊開發(fā)新的固態(tài)電池設(shè)計方法,可以減少使用特定化學元素,特別是儲量稀少的關(guān)鍵金屬。這項研究或?qū)⒂兄趯崿F(xiàn)高效且價格合理的固態(tài)電池。
(圖片來源:伯克利實驗室)
 
       固態(tài)電池具有高能量密度和卓越的安全性,被電動汽車行業(yè)看好。然而,開發(fā)一種成本低且單次充電續(xù)航達數(shù)百英里的固態(tài)電池,具有挑戰(zhàn)性。目前,許多固態(tài)電池都基于特定類型的金屬,這些金屬的價格昂貴且儲量少。
 
       伯克利實驗室材料科學部的研究人員Yan Zeng表示:“新方法不必為了提高性能而增加成本。這項工作設(shè)計了一種固體電解質(zhì),不是僅含有一種金屬,而是一組負擔得起的金屬。”
 
       在目前的研究中,Zeng與佛羅里達州立大學、加州大學伯克利分校的研究人員展示了這種新型固體電解質(zhì)。這種電解質(zhì)由不同的金屬元素混合組成,可能導電性更強,從而減少對大量單元素的依賴。
 
       在實驗過程中,研究人員整合和測試若干鋰離子和鈉離子電池材料,其中使用了多種混合金屬。研究人員觀察到,這種新型多金屬材料的表現(xiàn)好于預期,其離子導電性比單一金屬材料快幾個數(shù)量級。離子電導率是衡量鋰離子傳導電荷的速度的指標。
 
       研究人員推斷,將許多不同類型的金屬混合在一起會產(chǎn)生新的通道。通過這些通道,鋰離子可以快速穿過電解質(zhì)。這就像在擁擠的公路上增設(shè)高速公路一樣。Zeng表示,如果沒有這些通道,鋰離子通過電解質(zhì)從電池的一端移動到另一端時,將非常緩慢而有限。
 
       為了驗證多金屬設(shè)計候選材料,研究人員在國家能源研究科學計算中心(NERSC)的超級計算機上,基于密度泛函理論進行了高級理論計算。在伯克利實驗室的納米科學用戶設(shè)施分子鑄造廠(Molecular Foundry),研究人員利用掃描透射電子顯微鏡(STEM)確認每種電解質(zhì)僅由一種類型材料構(gòu)成(研究人員稱之為“單相”),具有不同尋常的扭曲狀態(tài),因此其晶體結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)新的離子傳輸途徑。
 
       這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計下一代離子導體提供了新的機會。下一步研究人員將利用這種新方法,進一步探索和發(fā)現(xiàn)新型固體電解質(zhì)材料,以提高電池性能。
 
(責任編輯:子蕊)
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