Новая самая быстрая батарея изобретена !

Новая самая быстрая батарея изобретена !

Электролит, который переносит заряд между катодом и анодом батареи, является жидкостью во всех коммерческих батареях, что делает их потенциально легковоспламеняющимися, особенно в литий-ионных батареях. Твердотельный проводник, который может стать электролитом, будет гораздо более огнестойким.


Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли из Лаборатории Беркли (Berkeley Lab) и Национальной лаборатории Argonne работали над магниевой батареей, которая обеспечивает более высокую плотность энергии, чем литий, но работа тормозилась из-за недостатка хороших вариантов жидкого электролита, большинство из которых, как правило, агрессивны к другим частям батареи. «Магний - такая новая технология, у него нет хороших жидких электролитов», - сказал Гербранд Седер, старший научный сотрудник лаборатории Berkeley Lab. «Мы думали, почему бы не перескочить и не сделать твердотельный электролит?»


Материал, который они придумали, шпинель селенида магния скандия, обладает подвижностью магния, сравнимой с твердотельными электролитами для литиевых батарей. Их результаты были сообщены в Nature Communications в статье под названием «Высокая подвижность магния в херногенидах тройных шпинелей». JCESR , инновационный центр Министерства энергетики, спонсировал исследование, а ведущими авторами являются Pieremanuele Canepa и Shou-Hang Bo, постдокторанты в Беркли лаборатории

«С помощью согласованных усилий, объединенных методологиями, синтезом вычислительных материалов и различными методами оценки, мы определили новый класс твердых проводников, которые могут беспрепятственно транспортировать ионы магния», - сказал Канепа.


Сотрудничество с MIT и Argonne


Исследовательская группа также включала ученых Массачусетского технологического института, которые предоставили вычислительные ресурсы, и Аргонне, которые предоставили ключевое экспериментальное подтверждение материала шпинели из селенида магния скандия, чтобы задокументировать его структуру и функцию.


Соавтор Baris Key, химик-исследователь в Аргонне, провел эксперименты по ядерному магнитно-резонансному (ЯМР) спектроскопии. Эти испытания были в числе первых шагов экспериментального подтверждения того, что ионы магния могут перемещаться по материалу так быстро, как прогнозировали теоретические исследования.

«Было важно подтвердить эксперимент по быстрым магниям. Не так часто теория и эксперимент согласуются друг с другом », - сказал Baris Key. «ЯМР-эксперименты в твердом состоянии для этой химии были очень сложными и были бы невозможны без выделенных ресурсов и источника финансирования, такого как JCESR. Как мы показали в этом исследовании, глубокое понимание короткой и длинной структуры и ионной динамики станет ключом к исследованию ионных аккумуляторов магния ».


ЯМР сродни магнитно-резонансной томографии (МРТ), которая обычно используется в медицинских учреждениях, где она показывает атомы водорода воды в мышцах человека, нервах, жировой ткани и других биологических веществах. Но исследователи также могут настраивать частоту ЯМР для обнаружения других элементов, включая ионы лития или магния, которые содержатся в материалах батареи.

Однако данные ЯМР из материала селенида магния скандия включают материал неизвестной структуры со сложными свойствами, что делает их сложными для интерпретации.

Канепа отметил проблемы тестирования новых материалов. «Протоколов в основном не существует», - сказал он. «Эти результаты были возможны только путем сочетания многокомпонентного подхода (твердотельные ЯМР и синхротронные измерения в Аргонне) в дополнение к обычной электрохимической характеристике».


Выполнение невозможного


Команда планирует продолжить работу по использованию проводника в батарее. «Вероятно, вам предстоит пройти долгий путь, прежде чем вы сможете вытащить из него батарею, но это первая демонстрация, благодаря которой вы можете создавать твердотельные материалы с действительно хорошей подвижностью магния», - сказал Седер. «Магний, как полагают, медленно движется в большинстве твердых тел, поэтому никто не думал, что это будет возможно».


Кроме того, в исследовании были выявлены два взаимосвязанных фундаментальных явления, которые могут в значительной степени повлиять на развитие магниевых твердых электролитов в ближайшем будущем, а именно роль анти-сайтовых дефектов и взаимодействие электронной и магниевой проводимости , опубликованные недавно в « Химии материалов» .


Бо, теперь ассистент профессора в Университете Шанхая Цзяо Тонг, сказал, что открытие может оказать драматическое воздействие на энергетический ландшафт. «В этой работе собралась великая команда ученых из различных научных дисциплин и впервые набросилась на сложную задачу создания твердотельной магниевой батареи», - сказал он. «Несмотря на то, что в настоящее время эта новая технология может иметь преобразующее воздействие на хранение энергии в ближайшем будущем».


Гопалакришнан Саи Гаутам, еще один соавтор, который был партнером в Berkeley Lab и сейчас находится в Принстоне, сказал, что подход команды, сделанный центром DOE, таким как JCESR, имеет решающее значение. «Работа показывает важность использования разнообразных теоретических и экспериментальных методов в условиях высокой совместной работы для проведения важных фундаментальных открытий», - сказал он.


Седер был рад перспективам открытия, но предупредил, что еще предстоит сделать работу. «В промышленности нужны огромные усилия для создания твердотельной батареи. Это святой Грааль, потому что у вас будет максимально безопасная батарея. Но у нас еще есть работа. Этот материал показывает небольшое количество утечек электронов, которое необходимо удалить, прежде чем его можно будет использовать в батарее ».


Финансирование проекта было предоставлено Управлением науки DOE через Объединенный центр исследований энергохранилищ, Департамент энергетического инновационного центра. Advanced Photon Source, DOO Office of Science User Facility в Аргонне, добавил важные данные для исследования структуры твердого проводника. Научный вычислительный центр по энергетическим исследованиям (NERSC), Отдел научных исследований DOE в Berkeley Lab, предоставил вычислительные ресурсы. Другими соавторами на бумаге являются Juchaun Li из Berkeley Lab, Уильям Ричардс и Ян Ван из Массачусетского технологического института, а также Тан Ши и Яосен Тянь из Калифорнийского университета в Беркли.

00:43
256
Нет комментариев. Ваш будет первым!