新的发现带来更安全,能量密集的电池更接近现实

能源储存研究联合中心(JCESR)能源部(DOE)的科学家发现了有史以来最快的镁离子固态导体

这被认为是制造固态镁离子电池的关键一步,这种电池不仅安全而且能量密集

要了解这一发现的重要性,首先应该知道电解质是什么

它是在电池的阴极和阳极之间携带电荷的东西(负端和正端)

在每种商用电池中,电解质都是液体并且使其易燃

对于锂离子电池(在许多智能手机中都有),尤其如此

另一方面,固态导体最终可能成为电解质 - 在这种情况下,它会比液体对应物更耐火

阿贡国家实验室和美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员正在研究镁电池

与锂相比,镁电池提供更高的能量密度

然而,研究人员遇到了绊脚石,因为他们没有良好的液体电解质选择

他们的大部分选择都倾向于腐蚀电池的其他部分

“镁是一种新技术,它没有任何好的液体电解质,”伯克利实验室的实验室高级教员科学家Gerbrand Ceder在周二的一份声明中说

“我们想,为什么不跳过并制造固态电解液

”科学家提出的材料是镁钪尖晶石

该材料的镁迁移率与锂电池的固态电解质相当

星期五在Nature Communications杂志上发表的题为“三元尖晶石硫属元素中的高镁迁移率”的研究中提到了研究小组的研究结果

“在计算材料,科学方法,合成和各种表征技术的共同努力的帮助下,我们确定了一类新的固体导体,可以以前所未有的速度传输镁离子,”Pieremanuele Canep a-该研究的主要作者(另一位是伯克利实验室的博士后研究员Shou-Hang Bo)在声明中说

来自麻省理工学院(MIT)的科学家也是研究团队的一员,为他们提供计算资源

来自Argonne的研究人员对镁钪尖晶石材料进行了重要的实验验证

这有助于团队记录材料的结构和功能

Baris Key是该论文的共同作者,也是Argonne的研究化学家,他进行了核磁共振(NMR)光谱实验

他所进行的测试据说是证明镁离子能够像理论研究早先预测的那样快速穿过材料的第一步

“通过实验证实快速镁的跳跃至关重要

理论和实验并不经常相互认同,“Key说

“这种化学反应的固态核磁共振实验非常具有挑战性,如果没有专门的资源和JCESR等资金来源,这是不可能实现的

正如我们在本研究中所展示的那样,对短距离和长距离结构以及离子动力学的深入理解将是镁离子电池研究的关键

“该团队现在计划做更多工作,以便指挥可以用在电池里

“这可能还有很长的路要走,你可以用它制造电池,但这是第一次证明你可以通过它制造具有非常好的镁流动性的固态材料,”Ceder说

“镁被认为在大多数固体中移动缓慢,所以没有人认为这是可能的

”Ceder说他很兴奋,但警告说需要做更多的工作

“制造固态电池在工业上有巨大的努力

这是圣杯,因为你将拥有最终的安全电池

但我们仍有工作要做

这种材料显示出少量的电子泄漏,必须先将其去除才能用于电池,“他补充说

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