​Стэнфордские ученые обнаружили новые материалы которые повышают производительность литий-ионной батареи

-
12:30
61
​Стэнфордские ученые обнаружили новые материалы которые повышают производительность литий-ионной батареи

Ученые Стэнфордского университета определили новый твердотельный литий-ионный электролит, который, по прогнозам, будет демонстрировать одновременно быструю ионную проводимость, широкую электрохимическую стабильность, низкую стоимость и низкую плотность массы.

Недорогие материалы, изготовленные из лития, бора и серы, по мнению ученых, могут повысить безопасность и производительность электромобилей, ноутбуков и других устройств, работающих на аккумуляторах. Результаты их исследований опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

В большинстве литий-ионных батарей сегодня используется жидкий электролит, который может сгореть в случае прокола или короткого замыкания батареи. Твердые электролиты, с другой стороны, редко загораются и потенциально более эффективны. Большинство твердых электролитов, используемых сегодня, слишком нестабильны, неэффективны и дорогостоящи, чтобы быть коммерчески жизнеспособными, говорят авторы.

Традиционные твердые электролиты не могут проводить столько тока, сколько жидкие электролиты, сказал автор исследования ведущий Остин Sendek, приглашенный ученый в Стэнфордском Департаменте Материаловедения и Инженерии. «Те немногие, которые обычно могут разлагаться при контакте с аккумуляторными электродами».

Чтобы найти надежные твердые электролиты, Сендек и его коллеги в 2016 году подготовили компьютерный алгоритм для экранирования более 12 000 литий-содержащих соединений в базе данных материалов. В течение нескольких минут алгоритм выявил около 20 перспективных материалов, включая четыре малоизвестных соединения, изготовленные из лития, бора и серы.

В данном исследовании исследователи более подробно рассмотрели эти четыре соединения с помощью метода, называемого теорией функционала плотности, который моделирует поведение материалов на атомном уровне.

Электролиты лития, бора и серы могут быть примерно в два раза стабильнее ведущих твердых электролитов, показывает токовое исследование. Стабильность может влиять на количество энергии на единицу веса, которое может хранить батарея. В электромобилях это может означать увеличение дальности поездки.

Когда типичный твердый электролит ломается, он химически превращается из хорошего проводника в плохой, в результате чего батарея перестает работать. Исследование предсказало, что при смешивании четырех соединений лития, бора и серы, они будут продолжать функционировать даже при их разложении.

В исследовании также было предсказано, что некоторые фазы литий-бор-сера могут быть в три раза лучше при проведении ионов лития, чем современные твердые электролиты, изготовленные из дорогостоящего германия.

Некоторые из лучших твердых электролитов, доступных сегодня, изготовлены с использованием редких элементов, таких как германий, килограмм которого стоит около 500 долларов. Литий, бор и сера — обильные химические вещества с ценником в 26 долларов за килограмм.

Поиск жизнеспособного твердого электролита может также привести к разработке литий-металлических батарей — плотных, легких батарей, которые являются идеальными кандидатами для электромобилей.

Большинство литий-ионных батарей имеют отрицательно заряженный электрод, изготовленный из графита. В литий-металлических батареях графит заменяется металлическим литием, который может хранить значительно больше заряда на килограмм.

Стэнфордское исследование дает теоретическую дорожную карту для будущих исследований. Следующим шагом является синтез всех четырех литий-бор-сернистых материалов и их тестирование в батарее.

Другими соавторами исследования в Стэнфорде являются И Цуй, адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии и фотонной науки в Национальной лаборатории ускорителей SLAC, а также аспиранты Эван Антонюк в Школе гуманитарных и естественных наук и Бренди Рансом в Инженерной школе. Другими соавторами являются Экин Кубук из Google Brain и Брайан Франциско и Джош Бюттнер-Гаррет из Solid Power, Inc.

Финансирование исследования было предоставлено Стэнфордским центром устойчивой энергетики TomKat и программой Toyota Research Institute Accelerated Materials Design & Discovery.

RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...