Nový průlom v oblasti odolných vysokonapěťových polovodičových baterií

Tým vědců navrhl a vyvinul nový vysílač sodíkových iontů pro polovodičové sodíkové iontové baterie, který je odolný vůči vysokonapěťovým oxidovým katodám. Tento nový pevný elektrolyt může dramaticky zlepšit účinnost a životnost této třídy baterií. Nová koncepční baterie odolná proti baterii vydržela více než 1 000 cyklů a zachovala si 89,3% své kapacity, což u jiných polovodičových sodíkových baterií stále není.

Výzkumníci podrobně popisují své výsledky za rok 2021. Ve vydání z 23. února Příroda komunikace,

Polovodičové baterie slibují bezpečnější a levnější „baterie s dlouhou životností“. Sodné iontové chemikálie jsou obzvláště slibné kvůli nízkým nákladům na sodík, na rozdíl od lithia potřebného pro lithium-iontové baterie, které se vyrábějí s vysokými náklady na životní prostředí. Cílem je vybudovat baterie, které lze použít ve velkých aplikacích pro skladování energie ze sítě, zejména ke snížení maximální poptávky po energii z obnovitelných zdrojů energie.

„Toto odvětví chce, aby baterie na úrovni buněk stály od 30 do 50 dolarů za hodinu,“ uvedla Shirley Meng, profesorka nanotechnologií na Kalifornské univerzitě v San Diegu. „Nezastavíme se, dokud se tam nedostaneme.“

https://www.youtube.com/watch?v=_SscU94Ya8g:
Jednotka ZrCl6 se zde zobrazuje otáčením a vytváří volná místa, která zvyšují vodivost. Půjčka University of California

Práce je spoluprací mezi UC Ս San Diego և University of Santa Barbara, Stony Brook University, Kalkata (Indie) Science և Technology Research հետազոտ Education Center և Shell International Exploration, Inc. և.

Pro baterii popsanou ve studii Nature Communications Study vyvinuli vědci pod vedením profesora Nanoengineeringu Shyue Ping Ong v San Diegu řadu výpočetních simulací, které pracují s modelem strojového učení, aby demonstrovaly správnou kombinaci chemických vlastností pro baterii s pevným oxidem.: Když byl materiál vybrán jako dobrý kandidát, Mengův výzkumný tým jej experimentálně připravil, otestoval a charakterizoval, aby určil jeho elektrochemické vlastnosti.

Tým UC SanDiego, který rychle zopakoval „experiment“ výpočtu, se rozhodl pro třídu halogenových sodíkových vysílačů skládajících se ze sodíku, yttria, zirkonia a chloridu. Materiál, kterému říkali NYZC, byl „elektrochemicky stabilní“ a byl chemicky kompatibilní s oxidovými katodami používanými ve vysokonapěťových sodíkových iontových bateriích. Tým poté oslovil vědce UC Santa Barbara, aby studovali a porozuměli strukturním vlastnostem a chování tohoto nového materiálu.

Rotace Zr-Cl uměle zmrazená

Pokud je rotace Zr-Cl uměle zmrazena, vede difúze sodíku k zanedbatelným výsledkům. Rotace Zr-Cl tak napomáhá vodivosti sodíku. Půjčka University of San Diego, California

NYZC je založen na Na3YCl6, známé látce, která je bohužel velmi špatným vysílačem sodíku. Ong navrhl nahradit zirkonium yttriem, protože by to vytvořilo volná místa a zvýšilo kapacitu baterie článku – dva přístupy, které zvyšují vodivost sodíkových iontů. Vědci poznamenávají, že s přidaným objemem se kombinace iontů zirkonium-chloridu v tomto novém materiálu otáčí v důsledku pohybu, což vede k více drahám vodivých iontů sodíku. Kromě zvýšení vodivosti je halogen mnohem stabilnější než materiály, které se v současné době používají v sodíkových bateriích v pevné fázi.

„Tyto objevy ukazují obrovský potenciál vysílačů halogenových iontů pro použití sodíkových iontových baterií v pevné fázi,“ uvedl Ong. „Kromě toho zdůrazňuje metabolický účinek, který mohou mít rozsáhlé výpočty materiálových dat v kombinaci se strojovým učením na proces objevování materiálu.“

Další kroky zahrnují studium dalších náhrad za tyto halogenidové materiály – zvýšení celkové hustoty energie baterie a zvýšení výrobního procesu.

Odkaz. Erik A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean-Marie Doux, „Stabilní katodově tuhý elektrolytový kompozit pro vysokonapěťové, dlouhodobé sodíkové iontové baterie s dlouhým cyklem“ 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 a Shyue Peng, 23. února 2021. Příroda komunikace,
DOI: 10.1038 / s41467-021-21488-7:

Tato technologie je licencována pro UNIGRID od UC San Diego NanoEngineering Professor Henng Chen, spoluzakladatele startupu; Eric Woon, PhD absolvent Meng Research Group; ren Darren HS Tan, jeden z Mengových Ph.D. studenti. Meng je technický poradce společnosti.

Financování na podporu této práce poskytl Energetický a biologický institut prostřednictvím programu EBI-Shell և NSF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.