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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(shí)間:2023-02-26 10:44來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       據(jù)外媒報(bào)道，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Berkeley Lab）和佛羅里達(dá)州立大學(xué)（Florida State University）的團(tuán)隊(duì)開發(fā)新的固態(tài)電池設(shè)計(jì)方法，可以減少使用特定化學(xué)元素，特別是儲(chǔ)量稀少的關(guān)鍵金屬。這項(xiàng)研究或?qū)⒂兄趯?shí)現(xiàn)高效且價(jià)格合理的固態(tài)電池。
（圖片來源：伯克利實(shí)驗(yàn)室）
 
       固態(tài)電池具有高能量密度和卓越的安全性，被電動(dòng)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(dá)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(jià)格昂貴且儲(chǔ)量少。
 
       伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)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(xiàng)工作設(shè)計(jì)了一種固體電解質(zhì)，不是僅含有一種金屬，而是一組負(fù)擔(dān)得起的金屬。”
 
       在目前的研究中，Zeng與佛羅里達(dá)州立大學(xué)、加州大學(xué)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(dǎo)電性更強(qiáng)，從而減少對(duì)大量單元素的依賴。
 
       在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員整合和測(cè)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(yù)期，其離子導(dǎo)電性比單一金屬材料快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。離子電導(dǎo)率是衡量鋰離子傳導(dǎo)電荷的速度的指標(biāo)。
 
       研究人員推斷，將許多不同類型的金屬混合在一起會(huì)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(dòng)到另一端時(shí)，將非常緩慢而有限。
 
       為了驗(yàn)證多金屬設(shè)計(jì)候選材料，研究人員在國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心（NERSC）的超級(jí)計(jì)算機(jī)上，基于密度泛函理論進(jìn)行了高級(jí)理論計(jì)算。在伯克利實(shí)驗(yàn)室的納米科學(xué)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(rèn)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(huì)出現(xiàn)新的離子傳輸途徑。
 
       這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)下一代離子導(dǎo)體提供了新的機(jī)會(huì)。下一步研究人員將利用這種新方法，進(jìn)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(zé)任編輯：子蕊)
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