来自沙特阿拉伯和中国的一组研究人员报道了一种新型神经网络的发展，启发了固体聚合物电解质，并具有增强的锂离子电导率。他们的研究目前处于预先出版的阶段，并将出现在《杂志》中储能材料。亚博网站下载
学习：神经网络启发的固体聚合物电解质（NN-SPE），用于快速和单离子锂传导。图片来源：Whitehoune/Shutterstock.com
固态电解质：下一代储能解决方案
为了应对气候变化和人类活动所带来的挑战，研究集中于制造环保设备以进行能源收集和存储。如果化石燃料是温室气体排放的主要原因之一，则设备必须达到或超过常规技术的性能，在未来几年中应分析。
NN-SPE的结构。（a）和（b）概念NN-SPE结构的说明。（c）制备模拟神经元和模仿神经胶质的插图和合成步骤。（d）模仿神经元的HRTEM图像。黑色区域表明锂盐基在模仿神经元中的位置。（e）NN-SPE膜的DF-STEM图像。明亮的区域显示模拟神经元。图片来源：Li，Z等人，储能材料亚博网站下载
固态电解质在下一代储能设备领域吸引了大量的研究关注。与传统系统相比，它们提供了开发更安全，环保和高效的储能能力的可能性。这些电解质已被探索用于燃料电池，锂电池和浓度电池。
在锂电池中，这些电解质提供的设备可显着增强理论能力，并可以抑制锂树突的形成，避免诸如短路和改善电池的安全性和寿命等关键问题。此外，该领域的研究开辟了新的基于锂化学的设备，例如锂硫和锂氧气电池。
固体聚合物电解质
近年来，固体聚合物电解质已成为研究的关键领域。这些电解质在结构的成本，稳定性，加工性和多样性方面提供了一些好处。另外，可以用固体聚合物电解质实现近离子锂电导率。
该特性很重要，因为它避免了在电解质/电极界面上迁移的阴离子的积累，这有助于稳定的无树突锂电沉积。但是，这些电解质患有相对较低的锂离子电导率。这阻碍了他们的性能和广泛的商业应用。
近年来，研究转向具有层次结构的复合电解质的发展。研究报告说，掺入填充剂有助于减少聚合物的结晶度。反过来，这会降低转运电阻，并改善聚合物和填充剂界面处离子的传导。
几篇论文报告了使用不同结构（例如杆，纳米线和颗粒）的填充物。yabo214从研究体中，双连续结构已成为固体聚合物电极设计的潜在优势，因为互连的聚合物/填充界面促进了整个结构的快速离子传输。具有高配位数的各向异性树突纳米线很容易形成完全连接的双连续网络。
（a）在各种O/LI值下，NN-SPE和RC-SPE的实验和模拟锂离子电导率。使用方程“ O O/li值）从li-mpti组（ω，％）的质量含量转换为“ O)" mathvariant=""normal"" linebreak=""badbreak"" id="MathJax-Element-2-Frame" role="presentation" tabindex="0">
”。（b）在不同温度下NN-SPE（9.52）的NN-SPE和RC-SPE的锂离子电导率。（C）模拟神经元，PEGMA，NN-SPE和NN-SPE和NN-SPE和RC-SPE;插入的图显示了PEGMA的结构和模拟神经元的臂之一。（d）NN-SPE的机械强度曲线。图像来源：Li，Z等人，储能材料亚博网站下载
研究
这项新研究背后的团队从自然界中发现的共同双连续网络中汲取了灵感：生物神经网络。这种新型的生物磁性电极结构提供了更快的离子传输网络，可显着提高电池中锂离子电导率的速度。
新型电极结构由一个核心节点组成，该核心节点具有八个人造轴，它们模仿了神经途径的自然结构。模拟轴是从Li-mpti盐聚合的。然后将这些合成神经元分散到PEGMA聚合物基质中，从而形成双连续网络结构。
本文中已经进行了详细的模拟和实验研究，该论文揭示了新型的生物添加电解质可以很容易地形成双连续网络。该网络是在低渗透阈值下形成的。
DSC测量和DF-STEM观察结果证实了电解质的结构。在电解质上进行了锂电镀/剥离实验，SEM结果表明周期性测试后表面结构平滑，进一步证实了树突形成锂的抑制。
研究结果
生物添加的固体聚合物电极体系结构表现出卓越的性能和特性。与常规电解质相比，通过数量级提高了锂离子电导率。电解质具有高锂传输号，拉伸强度和杨氏模量。
本文中呈现的新型固体聚合物电解质的性能高于目前报道的电解质。分子动力学的模拟显示在聚合物基质/模拟轴突接口处的锂离子富集。本质上，聚合物基质模仿了生物神经元的髓鞘，从而促进了快速的锂离子运输。
作者构建了结合了这种新型固体聚合物电解质的锂金属电池。研究中采用了1400小时的电池测试来探索设备的效率和安全性。结果表明，有竞争力的排放能力和锂树突形成抑制，表明使用这种新型电解质可以改善未来基于锂化学的电池的性能和安全操作。
锂金属电池性能。（a）在30°C下NN-SPE的速率和循环性能。（b）NN-SPE在60°C下的速率和循环性能。（c）在0.5 mA cm处的对称锂细胞（NN-SPE）的性能-1和60°C。图片来源：Li，Z等人，储能材料亚博网站下载
总之
作者引入了一种开发固体聚合物电解质以用于锂离子电池中的新策略，可显着提高常规电解质的性能和安全性。通过模仿有机神经网络，新型电解质显着提高了电池中的锂离子电导率，这解决了固体聚合物电解质设计中的关键挑战。该研究为未来的锂离子电池设计提供了一种新颖的方法。
进一步阅读
Li，Z等。（2022）神经网络启发的固体聚合物电解质（NN-SPE），用于快速和单离子锂传导储能材料亚博网站下载[在线，固定] ScienceDirec亚博老虎机网登录t.com。可用网址：https://www.亚博老虎机网登录sciendirect.com/science/article/pii/s2405829722002392
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