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研究人員發(fā)明新型鈉離子導(dǎo)體可用于固態(tài)鈉離子電池

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2022年12月12日  

據(jù)外媒報(bào)道,研究人員設(shè)計(jì)和發(fā)明出一種可用于固態(tài)鈉離子電池的新型鈉離子導(dǎo)體。該導(dǎo)體與高電壓氧化物陰極結(jié)合時(shí)可保持穩(wěn)定,從而大大提高此類電池的效率和使用壽命。據(jù)悉,用這種新材料制造的概念電池可循環(huán)超過1000次,同時(shí)保持高達(dá)89.3%的容量,性能遠(yuǎn)超其他固態(tài)鈉電池。


固態(tài)電池有望成為更安全、便宜和持久的電池,特別是鈉離子化學(xué)電池。因?yàn)殁c成本低廉且含量豐富,而鋰離子電池中的鋰,不僅含量少,且開采成本高,破壞環(huán)境。此次研究的目的是制造出可用于大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用的電池,尤其是存儲(chǔ)可再生能源出現(xiàn)的電力,從而緩解高峰需求。


(:NatureCommunications)


加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程學(xué)教授、該論文通訊作者ShirleyMeng表示:“工業(yè)界希望電池每千瓦時(shí)的成本為30至50美元,這大概是目前電池成本的三分之一至五分之一。而我們肯定會(huì)達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。”此次研究由加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校和圣塔芭芭拉分校、石溪大學(xué)、TCG研究與教育中心、印度加爾各答的TCG科技研究與教育中心和殼牌國際勘探有限公司共同完成。


通過在計(jì)算和實(shí)驗(yàn)間快速迭代,加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員確定了一類由鈉、釔、鋯和氯化物組成的鹵化鈉導(dǎo)體,并將其命名為NYZC。它不僅具有電化學(xué)穩(wěn)定性,還可與高壓鈉離子電池中使用的氧化物陰極化學(xué)相容。隨后,該小組與加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的研究人員共同研究這種新材料的結(jié)構(gòu)特性和性能。


NYZC是基于Na3YCl6研究而成,而這種材料并不是很好的鈉導(dǎo)體。研究人員建議使用鋯代替釔,這樣可以出現(xiàn)空位并新增電池單元的體積,近而新增鈉離子的傳導(dǎo)性。研究人員還指出,隨著體積的新增,這種新材料中的鋯和氯離子結(jié)合會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而出現(xiàn)更多的鈉離子傳導(dǎo)途徑。除可新增導(dǎo)電性外,該鹵化物材料還比目前其他用于固態(tài)鈉電池的材料更穩(wěn)定。


研究人員表示:“以上發(fā)現(xiàn)表明鹵化離子導(dǎo)體在固態(tài)鈉離子電池應(yīng)用中具有巨大潛力。同時(shí),也證明大規(guī)模材料數(shù)據(jù)計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合可能對(duì)材料發(fā)現(xiàn)過程出現(xiàn)重大影響。”接下來,研究人員將繼續(xù)探索這些鹵化物材料的其他替代品,提高電池的整體功率密度,并努力擴(kuò)大生產(chǎn)。

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