稳定高压长寿命固态电池新材料的突破

下一代可充电电池插图

一个研究人员的团队设计和制造了一种用于固态钠离子电池的新的离子导体,该电池掺入高压氧化物阴极时是稳定的。这种新的固体电解质可以显着提高这类电池的效率和寿命。采用新材料构建的概念电池证明持续了1000多个周期,同时保留89.3%的能力 - 其他固态钠电池无法达到的性能。

研究人员在2月23日,2021年期刊上详细说明了他们的调查结果自然通信

固态电池有望成为更安全、更便宜、更持久的电池。钠离子化学尤其有希望,因为钠成本低且储量丰富,而锂离子电池所需的锂则要付出高昂的环境成本。其目标是制造可用于大规模电网储能应用的电池,特别是储存可再生能源产生的电力,以缓解高峰需求。

“行业希望电池级的电池耗费30%至每千瓦时的50美元至50美元,”今天的纳诺教授Shirley Meng表示,大约三分之一到五分之一的是它的五分之一,其中一位the paper’s corresponding authors. ‘We will not stop until we get there.”


ZrCl6单元在这里显示旋转,创造了空缺,这增加了电导率。资料来源:加州大学

这项工作是UC San Diego和UC Santa Barbara,Stony Brook大学的研究人员之间的合作,是加尔各答,印度,印度和贝壳国际探索,Inc。

在电池自然通讯中所描述的研究中,研究人员由加州大学圣地亚哥分校教授纳米工程Shyue萍Ong进行了一系列的计算模拟由机器学习模型筛选化学将会正确的属性组合一个固态电池氧化物阴极。yabovip2021一旦一种材料被选为候选材料,孟的研究小组就会对其进行实验制备、测试和表征,以确定其电化学性能。

通过在计算和实验之间快速迭代,加州大学圣地亚哥分校的研究小组确定了一类由钠、钇、锆和氯化物组成的卤化物钠导体。他们将这种材料命名为NYZC,它不仅电化学稳定,而且与用于高电压钠离子电池的氧化物阴极在化学上兼容。该团队随后联系了加州大学圣巴巴拉分校的研究人员,研究并了解这种新材料的结构特性和行为。

Zr-Cl旋转人工冷冻

如果Zr-Cl旋转是人工冷冻的,则钠扩散率率升降到可忽略的结果。因此,Zr-Cl旋转是有助于钠导电性。信誉:加州大学圣地亚哥

NYZC是由Na3YCl6制成的,Na3YCl6是一种众所周知的材料,不幸的是它是一种很差的钠导体。Ong建议用锆取代钇,因为这样会产生空位并增加电池单元的体积,这两种方法都可以增加钠离子的传导。研究人员还指出,随着体积的增加,这种新材料中的锆离子和氯离子的结合发生了旋转运动,从而为钠离子提供了更多的传导途径。除了增加导电性外,卤化物材料比目前用于固体钠电池的材料更加稳定。

“这些发现突出了固态钠离子电池应用的卤化卤离子导体的巨大电位,”ONG说。“此外,它还突出了与机器学习耦合的大型材料数据计算的变革影响可能对材料发现过程进行了变化。”

下一步包括探索这些卤化物材料的其他替换,并增加电池的整体功率密度,以及努力扩大制造过程。

参考:“稳定cathode-solid电解质复合高压,long-cycle-life固态钠电池”的埃里克·A·吴Banerjee纳粹党所用的十字记号,韩梅,彼得·m·理查森-甜香槟,吉气,Zhuoying朱,安东尼Grenier,一轩,Enyue赵,格雷森Deysher,伊莱亚斯Sebti,韩寒阮,瑞恩•斯蒂芬斯家伙Verbist,林嘉欣w·查普曼Raphaele j .克莱门特Abhik Banerjee,孟应雪莉和Shyue萍Ong 2021年2月23日,自然通信
DOI:10.1038 / S41467-021-21488-7

这项技术已经获得了由加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授郑晨共同创立的初创公司UNIGRID的许可;Erik Wu,孟研究小组的博士校友;以及孟的博士生达伦·h·s·谭(Darren H. S. Tan)。孟是公司的技术顾问。

支持这项工作的资助是通过EBI-Shell计划和NSF提供的能量和生物科学研究所提供。

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