一个研究人员的团队设计和制造了一种用于固态钠离子电池的新的离子导体，该电池掺入高压氧化物阴极时是稳定的。这种新的固体电解质可以显着提高这类电池的效率和寿命。采用新材料构建的概念电池证明持续了1000多个周期，同时保留89.3％的能力 - 其他固态钠电池无法达到的性能。
研究人员在2021年2月23日的自然通信问题中详细说明了他们的调查结果。
固态电池保持更安全，更便宜，持久的电池的承诺。钠离子化学品特别有前途，因为钠是低成本和丰富的，而不是锂离子电池所需的锂，这以高环境成本开采。目标是建立可以在大型网格能量存储应用中使用的电池，特别是存储由可再生能源产生的电力以减轻峰值需求。
“行业希望电池级的电池耗费30％至每千瓦时的50美元至50美元，”今天的纳诺教授Shirley Meng表示，大约三分之一到五分之一的是它的五分之一，其中一位本文的相应作者。“我们不会停下来，直到我们到达那里。”
这里示出了ZrCl6单元旋转，产生空位，这增加了电导率。
这项工作是UC San Diego和UC Santa Barbara，Stony Brook大学的研究人员之间的合作，是加尔各答，印度，印度和贝壳国际探索，Inc。
对于本质上描述的电池，由UC San Diego Nanoengineering教授Shyue Ping Ong的研究人员通过机器学习模型进行了一系列的计算模拟，以筛选哪种化学将具有固态电池的性能的正确组合氧化物阴极。一旦选择了一种物质作为良好的候选人，孟的研究组实验制造，测试并表征它以确定其电化学性质。
通过在计算和实验之间迅速迭代，UC Sandiego团队在一类由钠，钇，锆和氯化物组成的一类卤化钠导体上。它们命名为NYZC的材料均与在较高电压钠离子电池中使用的氧化物阴极进行电化学稳定和化学相容。该团队随后向UC Santa Barbara的研究人员致力于学习和理解这种新材料的结构性和行为。
如果Zr-Cl旋转是人工冷冻的，则钠扩散率率升降到可忽略的结果。因此，Zr-Cl旋转是有助于钠导电性。
NYZC基于Na3YCL6，众所周知的材料是非常差的钠导体。ONG建议用锆替代钇，因为它会产生空位并增加电池电池单元的体积，这两种方法增加了钠离子的传导。研究人员还注意到，与增加的体积相结合，这种新材料中的锆和氯离子的组合经历了旋转运动，导致钠离子的导通途径。除了导电性的增加外，卤化物材料比目前用于固态钠电池的材料更稳定。
“这些发现突出了固态钠离子电池应用的卤化卤离子导体的巨大电位，”ONG说。“此外，它还突出了与机器学习耦合的大型材料数据计算的变革影响可能对材料发现过程进行了变化。”
下一步包括探索这些卤化物材料的其他替换，并增加电池的整体功率密度，以及努力扩大制造过程。
参考：“高压，长循环寿命固态钠离子电池的”稳定的阴极 - 固体电解质复合材料“By Erik A.吴，Swastika Banerjee，Hanmei Tang，Peter M. Richardson，Jean-Marie Doux，Ji Qi ，卓宁朱，刘敏荣，李轩李，eny赵，格雷森·迪内瑟，伊丽莎·塞拜蒂，汉阮，瑞安斯蒂芬斯，家伙辱骂，Karena W.Chapman，Raphakle J.Cenger，Abhik Banerjee，盈谢利孟和Shyue Ping Ong，23 2021年2月，Nature Communications.doi：
10.1038 / s41467-021-21488-7
该技术已由Unigrigr获得授权，该技术由UC San Diego Nanoengineering教授郑陈共同创立的创业公司;埃里克吴，博士。来自孟的研究小组的校友;和丹恩H. S. Tan，孟的博士之一。学生们。孟是该公司的技术顾问。
支持这项工作的资助是通过EBI-Shell计划和NSF提供的能量和生物科学研究所提供。
