Pramonės naujienos

Naujas medžiagų proveržis stabilioms aukštos įtampos ilgaamžėms kietojo kūno baterijoms

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, energetika, medžiagų mokslas, nanotechnologijos, populiarus, UCSD, baterijos
KALIFORNIJOS UNIVERSITETAS - SAN DIEGO 2021 M. VASARIO 23 D.



Mokslininkų komanda suprojektavo ir pagamino naują natrio jonų laidininką kietojo kūno natrio jonų baterijoms, kuris yra stabilus, kai yra įtrauktas į aukštesnės įtampos oksido katodus. Šis naujas kietas elektrolitas gali žymiai pagerinti šios klasės baterijų efektyvumą ir tarnavimo laiką. Iš naujos medžiagos pagamintos koncepcinės baterijos įrodymas truko daugiau nei 1000 ciklų, išlaikydamas 89,3% savo talpos.

Mokslininkai išsamiai atskleidžia savo išvadas 2021 m. Vasario 23 d. „Nature Communications“ numeryje.

Kietojo kūno baterijos žada saugesnes, pigesnes ir ilgiau tarnaujančias baterijas. Natrio jonų chemija yra ypač perspektyvi, nes natris yra nebrangus ir gausus, priešingai nei ličio, reikalingo ličio jonų baterijoms, kuris išgaunamas už didelę aplinkosaugos kainą. Tikslas yra sukurti baterijas, kurios galėtų būti naudojamos didelio masto tinklų energijos kaupimo programose, ypač kaupti energiją, pagamintą iš atsinaujinančių energijos šaltinių, siekiant sumažinti didžiausią paklausą.

„Pramonė nori, kad akumuliatoriai, esantys akumuliatoriaus lygiu, kainuotų nuo 30 iki 50 USD už kWh,-apie trečdalį-penktadalį to, ką jie kainuoja šiandien“,-sakė Shirley Meng, Kalifornijos San Diego universiteto nanotechnologijos profesorius. ir vienas iš atitinkamų darbo autorių. „Nesustosime, kol ten nuvyksime.“



Čia rodomas ZrCl6 įrenginys besisukantis, sukuriantis laisvas darbo vietas, o tai padidina laidumą. Kreditas: Kalifornijos universitetas.

Šis darbas yra bendradarbiaujant mokslininkams iš UC San Diego ir UC Santa Barbara, Stony Brook universiteto, TCG mokslo ir technologijų tyrimų ir švietimo centro Kolkata, Indija, ir „Shell International Exploration, Inc.

„Nature Communications“ tyrime aprašytos baterijos tyrėjai, vadovaujami UC San Diego nanotechnologijos profesoriaus Shyue Ping Ong, atliko skaičiavimo modelių seriją, pagrįstą mašinų mokymosi modeliu, kad patikrintų, kuri chemija turėtų tinkamą savybių derinį kietojo kūno baterijai su oksido katodas. Kai medžiaga buvo atrinkta kaip geras kandidatas, Meng tyrimų grupė eksperimentiniu būdu pagamino, išbandė ir apibūdino ją, kad nustatytų jos elektrochemines savybes.

Greitai kartodama tarp skaičiavimo ir eksperimento, UC SanDiego komanda apsisprendė prie natrio halogenidų laidininkų klasės, sudarytos iš natrio, itrio, cirkonio ir chlorido. Medžiaga, kurią jie pavadino NYZC, buvo elektrochemiškai stabili ir chemiškai suderinama su oksido katodais, naudojamais aukštesnės įtampos natrio jonų baterijose. Tada komanda kreipėsi į UC Santa Barbaros tyrėjus, kad ištirtų ir suprastų šios naujos medžiagos struktūrines savybes ir elgesį.



Kiti veiksmai apima kitų šių halogenidų medžiagų pakaitalų tyrimą ir bendro akumuliatoriaus galios tankio didinimą bei gamybos proceso išplėtimą.


Nuoroda: „Stabilus katodo ir kieto elektrolito kompozitas aukštos įtampos, ilgo ciklo kietojo kūno natrio jonų baterijoms“, autorius Erikas A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean- Marie Doux, Ji Qi, Zhuoying Zhu, Antonin Grenier, Yixuan Li, Enyue Zhao, Grayson Deysher, Elias Sebti, Han Nguyen, Ryan Stephens, Guy Verbist, Karena W. Chapman, Raphaële J. Clément, Abhik Banerjee, Ying Shirley Meng ir Shyue Ping Ong, 2021 m. Vasario 23 d., „Nature Communications“.
DOI: 10.1038/s41467-021-21488-7

Ši technologija buvo licencijuota UNIGRID, startuolio, kurį įkūrė UC San Diego NanoEngineering profesorius Zheng Chen; Erikas Wu, daktaras absolventas iš Meng tyrimų grupės; ir Darrenas H. S. Tanas, vienas iš Meng daktaro laipsnio. studentų. Meng yra įmonės techninis patarėjas.

Finansavimą šiam darbui paremti suteikė Energetikos ir biomokslų institutas per EBI-Shell programą ir NSF.