Isang bagong materyal na pambihirang tagumpay para sa matatag na mataas na boltahe na solidong mga baterya ng estado

Ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay bumuo at gumawa ng isang bagong conductor ng sodium ion para sa solid-state sodium ion na baterya na matatag kapag isinasama sa mga high-voltage oxide cathode. Ang bagong solidong electrolyte na ito ay maaaring mapabuti ang kahusayan at buhay ng baterya ng klase na ito. Ang kumpirmasyon ng konsepto ng baterya na binuo gamit ang bagong materyal ay tumagal ng higit sa 1000 na mga cycle, habang pinapanatili ang 89.3% ng kapasidad nito – isang pigura na ngayon ay walang mga analogue sa iba pang mga solid-state sodium baterya.

Detalyado ng mga mananaliksik ang kanilang mga natuklasan sa Pebrero 23, 2021 na isyu ng pahayagan Mga komunikasyon ng kalikasan.

Ang mga baterya ng solidong estado ay nangangako ng mas ligtas, mas mura at mas matibay na mga baterya. Ang kimika ng mga sodium ions ay partikular na nangangako dahil ang sosa ay mura at mayaman, taliwas sa lithium na kinakailangan para sa mga baterya ng lithium-ion, na nakuha sa mataas na gastos sa kapaligiran. Ang layunin ay upang lumikha ng mga baterya na maaaring magamit sa malakihang mga pasilidad ng pag-iimbak ng lakas ng grid, lalo na upang mag-imbak ng enerhiya na ginawa ng mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya, upang mabawasan ang pinakamataas na pangangailangan.

“Nais ng industriya ang mga baterya sa antas ng cell na nagkakahalaga ng $ 30 hanggang $ 50 sa isang kWh,” sinabi tungkol sa isang-katlo hanggang ikalimang bahagi ng gastos ngayon, sinabi ni Shirley Maine, isang propesor ng nanoengineering sa University of California, San Diego . at isa sa mga nauugnay na may-akda ng akda. “Hindi kami titigil hangga’t hindi makakarating doon.”


Ang yunit ng ZrCl6 ay ipinapakita dito sa pamamagitan ng pag-ikot, lumilikha ng mga bakanteng posisyon na nagdaragdag ng kondaktibiti. May-akda: University of California

Ang gawain ay isang pakikipagtulungan sa pagitan ng mga mananaliksik sa UC San Diego at UC Santa Barbara, Stony Brook University, ang TCG Center for Research and Education sa Kolkata, India, at Shell International Exploration, Inc.

Para sa baterya na inilarawan sa pag-aaral ng Kalikasan sa Komunikasyon, ang mga mananaliksik na pinangunahan ng propesor ng nanoengineering ng UC San Diego na si Xue Ping Ongam ay nagsagawa ng isang serye ng mga computational simulation batay sa isang modelo ng pag-aaral ng makina upang matukoy kung aling kimika ang magkakaroon ng tamang kumbinasyon ng mga katangian para sa isang solid-state na baterya may isang oksido. Kapag napili ang materyal bilang isang mahusay na kandidato, ang koponan sa pagsasaliksik ng Maine ay eksperimentong ginawa, sinubukan, at nailalarawan ito upang matukoy ang mga katangiang electrochemical nito.

Mabilis na umuulit sa pagitan ng pagkalkula at eksperimento, ang koponan ng UC SanDiego ay nanirahan sa isang klase ng mga halogen sodium conductor na binubuo ng sodium, yttrium, zirconium, at chloride. Ang materyal, na pinangalanan nilang NYZC, ay parehong electrochemically stable at chemically compatible sa mga oxide cathode na ginamit sa mas mataas na boltahe na mga baterya ng sodium ion. Ang koponan pagkatapos ay lumingon sa mga mananaliksik mula sa University of Santa Barbara upang pag-aralan at maunawaan ang mga katangian ng istruktura at pag-uugali ng bagong materyal na ito.

Artipisyal na nagyelo ang pag-ikot ng Zr-Cl

Kapag ang pag-ikot ng Zr-Cl ay artipisyal na nagyelo, ang pagsasabog ng sosa ay mahuhulog na bumagsak sa hindi gaanong mabuting resulta. Kaya, ang pag-ikot ng Zr-Cl ay tumutulong sa conductivity ng sodium. May-akda: Unibersidad ng California sa San Diego

Ang NYZC ay batay sa Na3YCl6, isang kilalang materyal na sa kasamaang palad isang napakahirap na conductor ng sodium. Iminungkahi ni Ong na palitan ang yttrium ng yttrium, dahil lilikha ito ng mga bakante at madaragdagan ang dami ng mga cell ng baterya – dalawang diskarte na nagdaragdag ng kondaktibiti ng mga sodium ions. Nabanggit din ng mga mananaliksik na sa pagsasama ng pagtaas ng dami, ang kombinasyon ng mga ion ng zirconium at klorido sa bagong materyal na ito ay sumasailalim ng isang paikot na paggalaw, na humahantong sa higit na pagkamatagusin ng mga sodium ion. Bilang karagdagan sa pagtaas ng kondaktibiti, ang materyal na halide ay mas matatag kaysa sa mga materyales na kasalukuyang ginagamit sa solid-state sodium baterya.

“Ang mga natuklasan na ito ay binibigyang diin ang napakalaking potensyal ng mga konduktor ng halide ion para sa solid-state sodium ion na baterya,” sabi ni Ong. “Bilang karagdagan, binibigyang diin din nito ang nakakaapekto na epekto na maaaring magkaroon ng malakihang pagtutuos ng mga materyal ng data na kasama ng pag-aaral ng machine sa proseso ng pagtuklas ng materyal.”

Ang mga kasunod na hakbang ay kasama ang paggalugad ng iba pang mga kapalit ng mga halogen na materyales na ito at pagtaas ng pangkalahatang lakas ng baterya, pati na rin ang pagtatrabaho upang mapalawak ang proseso ng pagmamanupaktura.

Sanggunian: “Stable cathode-solid composite electrolyte for high-voltage long-cycle solid-state sodium-ion baterya” Eric A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter Richardson, Jean-Marie Doo, Ji Qi, Zhui Zhu, Antonie Enue Zhao, Grayson Daisher, Elias Sebty, Han Nguyen, Ryan Stevens, Guy Verbist, Karen W. Chapman, Raphael J. Clement, Abhik Banerjee, Ing Shirley Meng at Shirley Meng, Pebrero 23, 2021, Mga komunikasyon ng kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21488-7

Ang teknolohiya ay lisensyado ng UNIGRID, isang startup na co-itinatag ni UC San Diego Nanoengineering Propesor Zheng Chen; Eric Wu, nagtapos ng PhD ng Maine Research Group; at Darren H.S. Si Tang, isa sa mga PhD ng Maine. mag-aaral. Si Maine ay teknikal na consultant ng kumpanya.

Ang pagpopondo para sa gawaing ito ay ibinigay ng Institute of Energy and Life Science sa ilalim ng mga programa ng EBI-Shell at NSF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Gut Microbes ay maaaring maging isang Susi sa Pagbubukas ng Pagkabalisa

Isang micrograph ng pag-scan ng electron ng Escherichia coli, na isa sa maraming uri ng bakterya na matatagpuan sa mga bituka ng mammalian. ...

Isiniwalat ang 260-Milyong Taon na Killing Machine

Isang live na muling pagtatayo ng Anteosaurus na umaatake sa isang halaman ng Moschognathus. Kredito: Alex Bernardini (@SimplexPaleo) Dating itinuturing na mabigat, mabagal at...

Doblein ang bilang ng mga kilalang lente ng gravity gamit ang artipisyal na intelihensiya

Mga halimbawa ng mga gravity lens sa data ng Pag-aaral ng Pamana ng DESI. Kredito: DESI Heritage Imaging Surveys / LBNL / DOE...

Pagkuha ng mga materyales sa 2D para sa pagikot

Paglalarawan ng artistikong konsepto ng Spintronic. Ang mga siyentista mula sa Unibersidad ng Tsukuba at ang Institute of High Pressure Physics ay gumagawa ng isang...

Natuklasan ng mga Mananaliksik ang Kamakailang Genetic Communication sa Pagitan ng Mga Chimpanzee Subspecies

Ang mga sample ng dumi ng Chimpanzee ay nakolekta sa buong Africa upang matukoy kung ang mga tao ay kamakailan-lamang na konektado sa kabila...

Newsletter

Subscribe to stay updated.