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新材料可提高固态钠离子电池的效率和寿命
2021年03月01日 发布 分类:技术前沿 点击量:260
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固态电池具有安全性能高、循环寿命长、能量密度高、耐受温度范围大、可柔性化等优点一直被视为是继传统锂电池后的下一代最佳选择尤其是成本优势更明显的钠离子固态电池更被寄予了在大规模电网储能应用中投入使用的厚望。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授Shirley Meng曾表示:“业界希望电池级电池的成本为每千瓦时30至50美元,大约是今天的三分之一至五分之一。为了达到这个目标我们一直在努力。”

近日,科学家的研究终于有了进展——来自加州大学圣地亚哥分校和圣塔芭芭拉加利福尼亚大学的研究人员们设计并制造了一种新的钠离子导体,用于制作固态钠离子电池。这种导体在与更高压的氧化物阴极结合时可以保持稳定的电量存储。这种新型固体电解质可以显著提高这类电池的效率和寿命,用这种新材料制造的实验性电池可以持续 1000 次循环,同时保持 89.3% 的容量,这是迄今为止常规的固态钠电池所无法比拟的性能。

在研究过程中,Shirley Meng教授带领的团队通过机器学习模型进行了一系列的计算模拟,筛选出可作为氧化物阴极的固态电池的化学成分组合。一旦有了合适的候选材料,研究小组就通过实验制造、测试和表征确定其电化学性能。通过计算和实验之间的快速迭代,研究小组确定了一类由钠、钇、锆和氯化物组成的导体命名为 NYZC,它不仅电化学稳定性好,而且与高压钠离子电池的氧化物阴极具有较好的化学兼容性。

据悉,这种名为NYZC的新材料是基于一种性能很差的钠导体Na3YL6Shirley Meng教授为了增加钠离子的传导提出使用锆代替钇,这样就会产生空位并增加电池单元的体积研究人员还注意到,随着体积的增加,新材料中锆离子和氯离子的结合会发生旋转运动,导致钠离子有更多的传导途径。不仅导电性得以增加,而且这种卤化物材料比目前用于固态钠电池的材料稳定得多。

“这些发现凸显了卤化物离子导体在固态钠离子电池应用中的巨大潜力,”Shirley Meng教授说,而且证明了大规模材料数据计算和机器学习对材料的发掘确实有变革性影响。

粉体圈Coco编译


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