據外媒報道,勞倫斯伯克利國家實驗室和佛羅里達州立大學的團隊開發了新的固態電池設計方法,可以減少特定化學元素的使用,尤其是儲量稀缺的關鍵金屬。這項研究可能有助于實現高效且價格合理的固態電池。
固態電池具有高能量密度和優異的安全性,受到電動汽車行業的青睞。然而,開發一種單次充電續航里程可達數百英里的低成本固態電池具有挑戰性。目前,許多固態電池都是基于特定類型的金屬,這些金屬價格昂貴,存儲容量有限。伯克利實驗室材料科學系研究員Yan Zeng說,“新方法不必增加成本來提高性能。這項工作設計了一種固體電解質,它不僅含有一種金屬,而且含有一組價格合理的金屬。”在目前的研究中,Zeng和佛羅里達州立大學和加利福尼亞大學的研究人員,伯克利展示了這種新型固體電解質。這種電解質由不同金屬元素的混合物組成,它們可以具有更強的導電性,從而減少對大量單一元素的依賴。在實驗過程中,研究人員使用各種混合金屬整合并測試了幾種鋰離子和鈉離子電池材料。研究人員觀察到,這種新型多金屬材料的性能好于預期,離子電導率比單一金屬材料快幾個數量級。離子電導率是鋰離子傳導電荷的速度的指標。研究人員推測,將許多不同類型的金屬混合在一起會產生新的通道。通過這些通道,鋰離子可以快速通過電解質。這就像在擁擠的高速公路上增加一條高速公路。曾表示,如果沒有這些通道,鋰離子通過電解質從電池一端到另一端的移動將非常緩慢和有限。為了驗證多金屬設計的候選材料,研究人員在國家能源研究與科學計算中心的超級計算機上進行了基于密度泛函理論的高級理論計算。在伯克利實驗室納米科學用戶設施的分子鑄造廠,研究人員使用掃描透射電子顯微鏡證實,每種電解質只由一種材料組成,并表現出不尋常的扭曲狀態,導致其晶體結構中出現了新的離子輸運途徑。這一發現為設計下一代離子導體提供了新的機會。接下來,研究人員將利用這種新方法進一步探索和發現新的固體電解質材料,以提高電池性能。
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