Инновационные концепции твердотельных электролитов могут изменить сектор аккумуляторов

к Тацуя Накамура
5 Комментарии
solid-state electrolyte

Инновации в аккумуляторных технологиях ознаменовались созданием учеными нового твердого электролита на основе хлоридов, который повышает ионную проводимость, безопасность и доступность, потенциально совершив революцию в аккумуляторной промышленности и повысив ее коммерческую привлекательность.

Достижения исследователей в области твердотельных электролитов на основе литий-металл-хлорида.

Команда под руководством профессора Кан Кисука из Центра исследований наночастиц Института фундаментальных наук (IBS) обнаружила значительный прогресс в области твердотельных батарей. Они обнаружили твердый электролит на основе хлоридов с выдающейся ионной проводимостью. Ожидается, что это открытие приведет к созданию более эффективных батарей.

Необходимость использования твердых электролитов

Современные коммерческие аккумуляторы, работающие на жидких электролитах, представляют собой проблемы воспламеняемости и потенциальной опасности взрыва. Следовательно, разработка негорючих твердых электролитов имеет решающее значение для развития технологии твердотельных аккумуляторов. На фоне глобального перехода к устойчивому транспорту и надвигающегося регулирования двигателей внутреннего сгорания в пользу электромобилей активизируются исследования жизненно важных компонентов аккумуляторных батарей, особенно твердотельных вариантов.

Пространственное распределение ионов металла (в данном случае иттрия) внутри слоев влияет на ионную проводимость. Для беспрепятственного прохождения ионов лития необходимо, чтобы заселенность ионов металла внутри каждого слоя не превышала 0,444. Кроме того, путь прохождения ионов лития внутри каждого слоя требует, чтобы заселенность ионов металла составляла не менее 0,167. Таким образом, степень заполнения ионов металла между 0,167 и 0,444 в каждом слое является ключом к достижению слоя с высокой проводимостью. Кредит: Институт фундаментальных наук.

Для того чтобы твердотельные батареи были пригодны для регулярного использования, необходима разработка материалов, обладающих высокой ионной проводимостью, значительной химической и электрохимической стабильностью и механической универсальностью. Хотя предыдущие исследования позволили получить твердые электролиты на основе сульфидов и оксидов со значительной ионной проводимостью, они не отвечали всем этим критическим критериям.

Прогресс в области твердых электролитов на основе хлоридов

Исторически были исследованы твердые электролиты на основе хлоридов, известные своей исключительной ионной проводимостью, механической податливостью и стабильностью при высоком напряжении. Эти качества побудили некоторых исследователей считать их лидерами в области применения твердотельных батарей. Тем не менее, первоначальный энтузиазм угас, поскольку зависимость хлоридных батарей от дорогостоящих редкоземельных металлов, таких как иттрий, скандий и лантаноиды, в качестве вторичных компонентов, рассматривалась как непрактичная.

Решая эти проблемы, исследовательская группа IBS тщательно изучила распределение ионов металлов в хлоридных электролитах. Они предположили, что изменение расположения ионов металлов может влиять на ионную проводимость тригональных хлоридных электролитов.

Их гипотеза была проверена на хлориде лития-иттрия, распространенном соединении хлорида металлического лития. Размещение ионов металлов вдоль пути ионов лития создавало электростатические препятствия, которые затрудняли их поток. Напротив, если заселенность ионов металлов была минимальной, путь ионов лития становился слишком суженным, что затрудняло их движение.

Используя эти результаты, команда применила стратегии для разработки электролитов, которые преодолевают эти препятствия, что привело к созданию твердого электролита с повышенной ионной проводимостью. В дальнейшем они подтвердили свой подход, разработав твердотельную литий-металл-хлоридную батарею с цирконием, более доступную альтернативу вариантам на основе редкоземельных металлов, что ознаменовало первый раз, когда была продемонстрирована важность размещения ионов металлов на ионной проводимости материала. .

Последствия размещения ионов металлов

Это исследование подчеркивает критическое, но часто недооцениваемое влияние распределения ионов металлов на ионную проводимость твердых электролитов на основе хлоридов. Ожидается, что этот прорыв в Центре IBS положит начало разработке ряда твердых электролитов на основе хлоридов, тем самым ускоряя коммерциализацию твердотельных батарей, сигнализируя о будущем более безопасных и экономически эффективных решений для хранения энергии.

Ведущий автор Кан Кисук утверждает: «Открытый нами твердый электролит на основе хлоридов способен преодолеть барьеры, создаваемые традиционными твердыми электролитами на основе сульфидов и оксидов, приближая нас к широкому внедрению твердотельных батарей. »

Ссылка: «Разработка тригонально-галогенидного суперионного проводника путем регулирования катионного порядка-беспорядка», Сынджу Ю, Джухён Но, Бёнхун Ким, Джун-Хёк Сон, Кёнбэ О, Джэкюн Ю, Сонён Ли, Сон-О Пак, Вонджу Ким, Бёнвук. Кан, Донхён Киль и Кисук Кан, 2 ноября 2023 г., Science.
DOI: 10.1126/science.adg6591.

Исследование получило финансирование от Института фундаментальных наук.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о твердотельном электролите

Каково значение нового твердого электролита на основе хлоридов?

Недавно разработанный твердый электролит на основе хлоридов имеет важное значение, поскольку он обещает повысить ионную проводимость, повысить безопасность и снизить затраты, связанные с твердотельными батареями, что потенциально изменит аккумуляторную промышленность и ее коммерческую среду.

Как новый твердый электролит повышает безопасность аккумуляторов?

Заменив легковоспламеняющиеся жидкие электролиты негорючими твердыми альтернативами, новый электролит снижает риск пожаров и взрывов, тем самым значительно повышая безопасность аккумуляторов.

Чем твердые электролиты на основе хлоридов превосходят другие типы?

Твердые электролиты на основе хлоридов известны своей высокой ионной проводимостью, механической гибкостью и стабильностью при высоких напряжениях, что делает их сильными кандидатами для применения в твердотельных батареях.

Почему твердотельные аккумуляторы важны для электромобилей?

Твердотельные батареи важны для электромобилей, поскольку они обеспечивают более высокую плотность энергии, повышенную безопасность и более длительный срок службы по сравнению с обычными батареями, что может привести к увеличению запаса хода и сокращению времени зарядки.

Какую роль в этом исследовании сыграло распределение ионов металлов?

Было обнаружено, что распределение ионов металлов внутри твердого электролита критически влияет на ионную проводимость. Исследование показало, что оптимальный диапазон содержания ионов металлов в слоях электролита важен для максимизации проводимости.

Можете ли вы объяснить уровень занятости ионов металлов, упомянутый в исследовании?

Исследование показало, что для поддержания высокой ионной проводимости коэффициент заполнения ионов металла внутри слоев электролита должен быть больше 0,167, но меньше 0,444. Скорости в этом диапазоне обеспечивают баланс между достаточной шириной пути и минимальным препятствием для ионов лития.

Какое будущее ждет этот твердый электролит на основе хлоридов?

Ожидается, что открытие этого твердого электролита на основе хлоридов приведет к разработке множества электролитов на основе хлоридов и дальнейшей коммерциализации твердотельных батарей, что повысит доступность и безопасность хранения энергии.

Подробнее о твердотельном электролите

Вам также может понравиться

5 Комментарии

Алекс Смит 1ТП2Т - 1ТП3Т

Итак, мы говорим о более дешевых и безопасных батареях из-за этого нового дизайна, звучит хорошо, но будут ли они на самом деле доступны для обычных людей, таких как мы?

Отвечать
Эмма Браун 1ТП2Т - 1ТП3Т

Должен сказать, что я впечатлен прогрессом исследований. Высокая ионная проводимость может изменить правила игры для электромобилей, в статье упоминалось что-то о распределении ионов… надо разобраться в этом подробнее

Отвечать
Рэйчел Грин 1ТП2Т - 1ТП3Т

не был уверен, что такое уровень занятости ионов металлов, но это кажется важным для эффективности батареи. Я думаю, это связано с тем, насколько хорошо батарея может удерживать и передавать энергию?

Отвечать
Джон Доу 1ТП2Т - 1ТП3Т

только что прочитал о новой технологии аккумуляторов с использованием хлоридов, это действительно что-то, правда? Безопасность имеет большое значение для всех этих гаджетов, которые мы носим с собой.

Отвечать
Майк Росс 1ТП2Т - 1ТП3Т

они упомянули цирконий как более дешевый вариант, чем редкоземельные металлы, это интересно, потому что я слышал, что до этого цирконий в основном использовался в ювелирных изделиях.

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский