Yeni malzeme, kararlı, yüksek voltajlı, uzun ömürlü, katı hal pillere doğru bir sonraki adımdır

0
10

Zr-Cl birimi ve yeşil Zr’yi çevreleyen turuncu / kahverengi “bulut” dönüşü gösterir. Kredi: California Üniversitesi – San Diego

Bir araştırma ekibi, yüksek voltajlı oksit katotlara dahil edildiğinde kararlı olan katı hal sodyum iyon pilleri için yeni bir sodyum iyon iletkeni tasarladı ve üretti. Bu yeni katı elektrolit, bu pil sınıfının verimliliğini ve ömrünü önemli ölçüde artırabilir. Yeni malzemeyle üretilen konsept pil, kapasitesinin% 89,3’ünü korurken 1000 döngüden fazla dayandı – bugüne kadar diğer katı hal sodyum pilleri ile eşi benzeri olmayan bir performans.

Araştırmacılar bulgularını Nature Communications’ın 23 Şubat 2021 sayısında detaylandırıyorlar.

Katı hal piller, daha güvenli, daha ucuz ve daha uzun ömürlü piller vaat ediyor. Sodyum iyonu kimyaları özellikle umut vericidir çünkü sodyum iyon piller için gerekli olan lityumun yüksek çevresel maliyetle çıkarılmasının aksine düşük maliyetli ve bol miktarda bulunur. Amaç, özellikle yoğun talebi azaltmak için yenilenebilir enerji kaynakları tarafından üretilen gücü depolamak için büyük ölçekli şebeke enerji depolama uygulamalarında kullanılabilecek piller oluşturmaktır.

California San Diego Üniversitesi nano-mühendislik profesörü Shirley Meng, “Endüstri pil seviyesindeki pillerin kWh başına 30 ila 50 $ ‘a mal olmasını istiyor,” diyor, bugün maliyetinin yaklaşık üçte biri ila beşte biri. makalenin ilgili yazarları. “Oraya varana kadar durmayacağız.”

Çalışma, UC San Diego ve UC Santa Barbara, Stony Brook Üniversitesi, Kalküta, Hindistan’daki TCG Bilim ve Teknoloji Araştırma ve Eğitim Merkezi ve Shell International Exploration, Inc.’deki araştırmacılar arasındaki bir işbirliğidir.

ZrCl6 birimi burada dönerek gösteriliyor, boş alanlar oluşturuyor ve bu da iletkenliği artırıyor. Kredi: Kaliforniya Üniversitesi

Doğa İletişimi çalışmasında açıklanan pil için, UC San Diego nano-mühendislik profesörü Shyue Ping Ong liderliğindeki araştırmacılar, bir katı hal pil için hangi kimyanın doğru özellik kombinasyonuna sahip olacağını belirlemek için bir makine öğrenimi modeli tarafından desteklenen bir dizi hesaplama simülasyonu yaptı bir oksit katot. Bir malzeme iyi bir aday olarak seçildikten sonra, Meng’in araştırma grubu deneysel olarak üretildi, test etti ve elektrokimyasal özelliklerini belirlemek için karakterize etti.

UC SanDiego ekibi, hesaplamalar ve deneyler arasında hızla yineleme yaparak, sodyum, itriyum, zirkonyum ve klorürden oluşan bir halojenür sodyum iletkenleri sınıfına karar verdi. NYZC adını verdikleri malzeme hem elektrokimyasal olarak stabildi hem de yüksek voltajlı sodyum iyon pillerde kullanılan oksit katotlarla kimyasal olarak uyumluydu. Ekip daha sonra bu yeni malzemenin yapısal özelliklerini ve davranışını incelemek ve anlamak için UC Santa Barbara’daki araştırmacılara ulaştı.

NYZC, maalesef çok zayıf bir sodyum iletkeni olan iyi bilinen bir malzeme olan Na3YCl6’ya dayanmaktadır. Ong, sodyum iyonlarının iletimini artıran iki yaklaşım olan boşluklar yaratacağı ve hücre pil biriminin hacmini artıracağı için, itriyum yerine zirkonyum kullanılmasını önerdi. Araştırmacılar ayrıca, artan hacimle bağlantılı olarak, bu yeni malzemedeki zirkonyum ve klorür iyonlarının bir kombinasyonunun, sodyum iyonları için daha fazla iletim yolu ile sonuçlanan bir dönme hareketine maruz kaldığını belirtti. İletkenlikteki artışa ek olarak, halojenür malzeme şu anda katı hal sodyum pillerde kullanılan malzemelerden çok daha kararlıdır.

Ong, “Bu bulgular, katı hal sodyum iyon pil uygulamaları için halojenür iyon iletkenlerinin muazzam potansiyelini vurguluyor” dedi. “Ayrıca, makine öğrenimi ile birlikte büyük ölçekli malzeme veri hesaplamalarının malzeme keşif süreci üzerinde sahip olabileceği dönüştürücü etkiyi de vurguluyor.”

Sonraki adımlar, üretim sürecini büyütmek için çalışmanın yanı sıra, bu halojenür malzemeler için diğer ikamelerin araştırılmasını ve pilin genel güç yoğunluğunu artırmayı içerir.

Yüksek performanslı sodyum iyon piller için yeni katot malzemesi, büyük ölçekli enerji depolamaya fayda sağlayabilir Daha fazla bilgi: Erik A. Wu ve ark. Yüksek voltajlı, uzun ömürlü katı hal sodyum iyon piller için stabil bir katot-katı elektrolit kompozit, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-21488-7 California Üniversitesi – San Diego tarafından sağlanmıştır.

Alıntı: Yeni materyal, 23 Şubat 2021 tarihinde https://techxplore.com/news/2021-02-material-stable adresinden alınan kararlı, yüksek voltajlı, uzun ömürlü, katı hal pillere (2021, 23 Şubat) doğru bir sonraki adımdır. -high-voltaj-long-life-solid-state.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacına yönelik herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin olmadan hiçbir bölümü çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz