Noul material avansat pentru bateriile durabile, de înaltă tensiune

O echipă de cercetători a proiectat și a produs un nou conductor de ioni de sodiu pentru bateriile cu ioni de sodiu în stare solidă, care este stabil atunci când sunt încorporate în catodii de oxid de înaltă tensiune. Acest nou electrolit solid poate îmbunătăți dramatic eficiența și longevitatea acestei baterii. Un test de baterie conceput construit cu noul material a durat peste 1000 de cicluri, deținând 89,3% din capacitatea sa – o performanță de neegalat de la alte baterii de sodiu în stare solidă până în prezent.

Cercetătorii își detaliază descoperirile în numărul din 23 februarie 2021 din Comunicări despre natură.

Bateriile în stare solidă promit baterii mai sigure, mai ieftine și mai rezistente. Produsele chimice cu ioni de sodiu sunt deosebit de promițătoare, deoarece sodiul este redus și abundent, în comparație cu litiul necesar pentru bateriile cu ioni de litiu, care este extras la un cost mediu ridicat. Scopul este de a construi baterii care pot fi utilizate în aplicații de stocare a energiei la scară largă, în special pentru a conserva energia generată din surse regenerabile de energie pentru a atenua cererea maximă.

„Industria dorește ca bateriile la nivel de celulă să coste între 30 și 50 USD pe kWh”, aproximativ o treime până la o cincime din ceea ce costă astăzi, a declarat Shirley Meng, profesor de nanoinginerie la Universitatea din California, San Diego, și un autor relevant al lucrării. ‘Nu ne vom opri până nu vom ajunge acolo. “


Unitatea ZrCl6 este prezentată aici rotind, creând locuri de muncă vacante, ceea ce crește conductivitatea. Credit: Universitatea din California

Lucrarea este o colaborare între cercetătorii de la UC San Diego și UC Santa Barbara, Universitatea Stony Brook, Centrul TCG pentru Cercetare și Educație în Știință și Tehnologie din Kolkata, India și Shell International Exploration, Inc.

Pentru bateria descrisă în studiul Nature of Communications, cercetătorii conduși de profesorul de nanoinginerie UC San Diego, Shyue Ping Ong, au dezvoltat o serie de simulări computaționale permise de un model de învățare automată pentru a evalua că chimia ar avea combinația proprietăților adecvate pentru o baterie rigidă cu un catod oxidic. După ce un material a fost selectat ca un candidat bun, echipa de cercetare Meng a fabricat, testat și caracterizat experimental pentru a-și determina proprietățile electrochimice.

Repetând rapid între calcul și experiment, echipa UC SanDiego a fost plasată într-o clasă de conductori de halogenură de sodiu constând din sodiu, sodiu, zirconiu și clorură. Materialul, pe care l-au numit NYZC, a fost stabil din punct de vedere electrochimic și chimic compatibil cu catodii de oxid utilizați în bateriile cu ioni de sodiu de înaltă tensiune. Echipa s-a adresat apoi cercetătorilor de la UC Santa Barbara pentru a studia și a înțelege proprietățile structurale și comportamentul acestui nou material.

Rotație Zr-Cl înghețată artificial

Dacă rotația Zr-Cl este crescută artificial, difuzia de sodiu scade la rezultate neglijabile. Rotația Zr-Cl ajută astfel la conductivitatea sodiului. Credit: Universitatea din California San Diego

NYZC se bazează pe Na3YCl6, un material cunoscut care din păcate este un conductor de sodiu foarte slab. Ong a sugerat înlocuirea zirconiului cu ytrium, deoarece ar crea locuri libere și ar crește volumul unității de baterie a celulei, două moduri care cresc conductivitatea ionilor de sodiu. Cercetătorii au remarcat, de asemenea, că, împreună cu volumul crescut, o combinație de ioni de zirconiu și ioni de clorură din acest nou material suferă o mișcare de rotație, rezultând mai multe căi de conducere pentru ioni de sodiu. În plus față de conductivitatea crescută, materialul cu halogenuri este mult mai durabil decât materialele utilizate în prezent în bateriile cu sodiu în stare solidă.

„Aceste constatări evidențiază potențialul mare al conductoarelor de ioni de halogenură pentru aplicațiile bateriilor ion-sodiu în stare solidă”, a spus Ong. “Mai mult, subliniază, de asemenea, impactul transformator pe care îl pot avea calculele de date la scară largă asociate cu învățarea automată asupra procesului de detectare a materialelor.”

Următorii pași includ explorarea altor înlocuitori pentru aceste materiale cu halogenuri și creșterea densității totale a puterii bateriei, împreună cu munca pentru creșterea procesului de producție.

Referință: „O componentă electrolită stabilă cu catod stabil pentru baterii cu ion de sodiu de înaltă tensiune, cu durată lungă de viață” de Erik A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean-Marie Doux, Ji Qi, Zhuoying Zhu, Antonin Grenier, Yixuan Li, Enyue Zhao, Grayson Deysher, Elias Sebti, Han Nguyen, Ryan Stephens, Guy Verbist, Karena W. Chapman, Raphaële J. Clément, Abhik Banerjee, Ying Shirley Meng Peng, 23 februarie 2021, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21488-7

Tehnologia este licențiată de UNIGRID, un începător cofondat de profesorul Zheng Chen UC NanoEngineering din San Diego; Erik Wu, un doctorat absolvent al grupului de cercetare Meng; și Darren HS Tan, unul dintre doctoranzi. din Meng. elevi. Meng este consilierul tehnic al companiei.

Finanțarea pentru a sprijini această activitate a fost asigurată de Institutul de Energie și Biosciences prin programul EBI-Shell și NSF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Răcire radiantă și încălzire solară de către un sistem – Nu este necesară electricitate

Sistemul a scăzut temperatura în interiorul unui sistem de testare într-un mediu exterior sub lumina directă a soarelui cu peste 12 grade Celsius (22...

Moarte animală falsă pentru perioade lungi de timp pentru a scăpa de prădători

Antilopul european (Euroleon nostras) pe partea sa dorsală, jucând mort. Credit: profesorul Nigel R. Franks, Universitatea din Bristol Multe animale își bat joc de...

Perseverance Rover al NASA conduce pentru prima dată pe Pământ

Această imagine a fost făcută pe 4 martie 2021 pe primul disc al vehiculului Perseverance al NASA. Credit: NASA / JPL-Caltech Prima rută a...

A fost descoperită o mașină de ucis veche de 260 de milioane de ani

Recuperarea vie a Anteosaurului atacă Moshognathusul erbivor. Credit: Alex Bernardini (@SimplexPaleo) Anteosaurul sălbatic în vârstă de 260 de milioane de ani, considerat anterior a...

Fizicienii particulelor rezolvă o problemă care îi „bântuie” de mai bine de 20 de ani

Ilustrația urmărește traseul fasciculului pe măsură ce trece prin quadrupolul de radiofrecvență de cupru, magnetul dipol negru și sistemul de măsurare fisurat și către...

Newsletter

Subscribe to stay updated.