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研究人员为固态电池寻找的优质材料——钠,磷,锡和硫组成的四方晶体结构2018-04-18

来自宾夕法尼亚州立大学机械与核工程专业的博士后研究人员Zhaoxin Yu正在组装电池

宾夕法尼亚州立大学和太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员称,新发现的钠基材料的可用作固态电池的电解质。研究小组正在使用迭代设计方法对材料进行微调,他们希望这种方法可以减少从研究到日常使用的时间。

电解液是电池的三个主要组成部分之一,它负责传输带电离子。当电池的其他两部分(阳极和阴极)在电路中连接时,就会产生电流。

智能手机、电脑和其他电子产品中的大多数可充电电池都使用液态锂基电解质。“液态电解质由于是易燃的,具有安全隐患”,宾夕法尼亚州立大学机械工程副教授王东海解释说,“这一直是我们为固态电池寻找的优质材料的动力。”

该团队寻找的新材料是由钠,磷,锡和硫组成的具有四方晶体结构的材料。它也存在缺陷,又或者是某些钠、锡和硫原子原本就存在缺陷,同时它能通过这些缺陷传输离子

因为钠金属比锂丰富的多,所以钠离子电池的生产成本要比锂离子电池成本低得多,并且钠离子电池更加安全

“我们的材料具有宽的电压窗口以及较高的热稳定性,”宾州州机械和核工程博士后研究员Zhaoxin Yu说:“当液体电解质加热至150°C(302°F)时,电解质会着火或释放大量热量,会损坏电池组件,而我们发现的材料需要加热到400°C(752°F)才会出现类似现象。”

在Nano Energy的一篇文章中研究人员指出,他们的材料在室温下的电导率仅为现在使用的液态电解质的10%,但重要的是他们发现了晶体结构中内部缺陷的具体构造。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程研究教授Shun-Li Shang说:“我们发现的这种材料的新结构也启发我们,创造先进的钠离子超离子导体的新途径。”

该团队在Wang的实验室中组装并测试了这种新电池,这个实验室是宾夕法尼亚州立大学电池和储能技术中心的一部分。通过协同设计,研究人员已经能够识别不同的晶体结构,以及材料中的不一致性是如何影响电池的性能

“如果你没有这套工具,就很难取得突破性进展。”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系教授Zi-Kui Liu这样说,“我们使用计算和实验相结合的方法来分析材料性能不同的原因。这将使下一次设计的电池速度更快,因为我们知道我们要控制什么来加强离子运输。”

该团队的一部分建模工作是在宾夕法尼亚州立大学网络科学研究所主办的超级计算机上进行的。

原文来自:materialstoday