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

Ouă de pasăre marine contaminate cu cocktail chimic de aditivi din plastic

Pui de pescăruș și ouă. Credit: profesorul Jon Blount Aditivii chimici utilizați în producția de plastic au fost găsiți în ouăle de pescăruș hering,...

Oglinzi comutabile create din metal lichid

Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a schimba în mod dinamic suprafața metalului lichid între stările reflectante (stânga sus și dreapta jos) și dispersie...

Dieta cu junk food poate crește riscul conducerii periculoase în rândul șoferilor de camioane

Dietele nesănătoase sunt asociate cu mai multă oboseală: principalul motiv al riscului crescut de accidente, spun cercetătorii. O dietă cu junk food poate crește oboseala...

Fotosinteza artificială promite o sursă de energie curată și durabilă

Oamenii pot face multe lucruri pe care plantele nu le pot face. Putem să ne plimbăm, putem vorbi, putem auzi și vedea și...

Gheața de mare din Arctica devine mai subțire de două ori mai repede decât era de așteptat

Gheața arctică în declin a Pământului este fără îndoială una dintre cele mai mari victime ale schimbărilor climatice, ale căror consecințe sunt de anvergură,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.