科学家揭示Paddlewheel-Like分子动力学,通过固态电池推动钠离子
亚博网站下载杜克大学的材料科学家揭示了paddlewheel-like分子动力学,帮助推动钠离子通过固态电池的快速发展类。见解应该指导人员的追求也是钠电池的新一代取代锂离子技术广泛的应用,如数据中心和家庭能源存储。
11月10日在《网上发布结果能源与环境科学。亚博老虎机网登录
一般来说,充电电池工作通过移动电子通过外部电线从一边到另一边和回来。平衡这种传输的能量,原子电荷称为离子,如锂离子电池内移动通过一个叫做电解质的化学物质。如何快速而方便地这些离子会使他们的旅程中扮演着重要角色在电池可以充电的速度有多快以及它能提供多少能量在给定的时间。
“大多数研究人员仍然倾向于关注固态电解质的水晶框架如何允许离子迅速通过一个一切固体电池,”Olivier Delaire说,杜克大学机械工程和材料科学的副教授。亚博网站下载亚博老虎机网登录”在过去的几年里,这一领域已经开始意识到如何原子的分子动力学可以跳来跳去是很重要的。”
锂离子电池一直占主导地位的技术用于大多数商业应用需要储能,从微小的智能手表,巨大的数据中心。虽然他们一直非常成功,锂离子电池有几个缺点,使新技术对某些应用程序更具吸引力。
例如,锂离子电池内部电解液,同时非常有效地允许锂离子快速旅行,也是极易燃。随着市场继续成倍增长,有担心我能够足够的锂相对有限的全球存款。和一些稀土元素用于建设;钴、锰等);更少,而且只有开采在世界的某些角落。
许多研究人员相信替代技术是必要补充飞涨对储能的需求,和一个主要候选人的钠电池。虽然不像他们大力密集或快速锂离子电池技术具有许多潜在的优势。钠比锂更便宜、更丰富。他们的组亚博网站下载成部分所需的材料也更常见。通过更换液体电解质和固态电解质材料相反,研究人员可以构建一切固体电池承诺更多的能量密度,比目前更加稳定和不太可能点燃可充电电池。
这些优势使研究人员考虑钠电池潜在可行的替代锂离子电池在应用程序并不受制于空间和速度要求电动汽车智能手机或光线一样薄。例如,大型数据中心或其他建筑需要大量的精力在很长一段时间都是不错的候选人。
”这通常是一个非常活跃的研究领域,人们竞相向下一代的电池,”Delaire说。“不过,没有一个足够强大的基本的了解材料在室温下工作或原因。亚博网站下载我们提供见解的原子的动力学允许一个受欢迎的候选人运输它的钠离子迅速有效。”
材料研究在这些实验是钠硫代磷酸盐,Na3PS4。研究人员已经知道,磷和硫原子的晶体结构为钠离子创建一个一维隧道穿越。但随着Delaire解释说,没有人看起来是否邻近原子的运动也起着重要的作用。
为了找到答案,Delaire和他的同事把样品材料的橡树岭国家实验室。通过跳跃的中子原子以极快速度,研究人员拍摄一系列的快照原子的精确运动。结果表明,金字塔phosphorus-sulfur PS4单元框架隧道迂回曲折的地方,几乎成为明轮帮助钠离子通过。
“这个过程理论,但参数通常由卡通,”Delaire说。“我们展示原子实际上是做什么,显示,而这幅漫画有一些道理,也复杂得多。”
研究人员证实了中子散射结果通过计算对原子动力学建模在国家能源研究科学计算中心。该团队使用机器学习的方法来捕获的势能表面原子振动和移动。不需要重新计算量子力学的力量在每一个时间点,加快了计算的方法由几个数量级。
与新见解的原子的动力学钠电解质和新的快速建模方法他们的行为,Delaire希望结果将有助于更快地推动这个领域的发展,从Na3PS4甚至更远。
“尽管这是一个领先的材料由于其高离子电导率,已经有一个稍微不同的版本被追求使用锑亚博网站下载磷,而是“Delaire说。“尽管的速度移动,我们提出本文的见解和工具应该帮助研究人员对去哪里下做出更好的决策。”
这项研究受到了美国能源部(DE-SC0019978, DE-AC02-05CH11231 DE-AC02-06CH11357)和美国国家科学基金会EPSCOR RII跟踪4奖(排名2033397)。亚博老虎机网登录
引用:“快速Na扩散和非谐声子动态超离子导体Na3PS4。”Mayanak k·古普塔精选叮,Naresh c .奥斯蒂,道格拉斯·l·Abernathy威廉·阿诺德,回族,扎卡里·罩和奥利弗Delaire。能源与环境科学,2021年11月10日。亚博老虎机网登录DOI: 10.1039 / D1EE01509E
来源:https://duke.edu/
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