研究人員開發高效多金屬固態電解質 有助于降低固態電池的成本
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）的團隊開發新的固態電池設計方法，可以減少使用特定化學元素，特別是儲量稀少的關鍵金屬。這項研究或將有助于實現高效且價格合理的固態電池。
（圖片來源：伯克利實驗室）
固態電池具有高能量密度和卓越的安全性，被電動汽車行業看好。然而，開發一種成本低且單次充電續航達數百英里的固態電池，具有挑戰性。目前，許多固態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。這項工作設計了一種固體電解質，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。這種電解質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好于預期，其離子導電性比單一金屬材料快幾個數量級。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生新的通道。通過這些通道，鋰離子可以快速穿過電解質。這就像在擁擠的公路上增設高速公路一樣。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）確認每種電解質僅由一種類型材料構成（研究人員稱之為“單相”），具有不同尋常的扭曲狀態，因此其晶體結構中會出現新的離子傳輸途徑。
這一發現為設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，進一步探索和發現新型固體電解質材料，以提高電池性能。
(責任編輯：子蕊)
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