Дефекты помогают создать идеальную структуру для твердотельного электролита
16-04-2018 Мир Гальваники

Структура недавно обнаруженного материала на основе натрия должна позволить использовать его в качестве электролита в твердотельных батареях, как утверждают исследователи из штата Пенсильвания и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL). Команда точно регулирует материал, используя подход итерационного проектирования (последовательных приближений), который, как они надеются, сократит годы и годы, обычно требующиеся для перехода от исследования к повседневному использованию.

Электролит, одна из трех основных частей батареи, отвечает за перенос заряженных ионов. Это создает электрический ток, когда две другие части батареи, анод и катод, подключены к цепи.

Большинство перезаряжаемых батарей в смартфонах, компьютерах и другой бытовой электронике используют жидкий электролит на основе лития. Жидкие электролиты имеют проблемы по части безопасности, поскольку они легко воспламеняются, что и стало движущей силой для исследователей в поисках хорошего материала для использования в твердотельных батареях.

Новый материал команды состоит из натрия, фосфора, олова и серы и имеет форму тетрагональной кристаллической системы. Он также имеет дефекты или пространства, где должны быть определенные атомы натрия, олова и серы, что и позволяет им переносить ионы.

Поскольку натрий, в отличие от лития, имеется в изобилии и встречается намного чащ, натрий-ионная батарея потенциально может быть намного дешевле, чем литий-ионная батарея. Материал также будет более безопасным для использования.

Новый материал имеет широкий диапазон напряжений, а также высокую термическую устойчивость. Когда вы нагреваете жидкие электролиты до 150 ° C, они загораются или высвобождают большое количество тепла, которое может повредить другие батареи или электронные компоненты. Новый же материал хорошо работает при температурах до 400 ° C.

Исследователи также сообщили, что их материал имеет ионную проводимость комнатной температуры примерно на одну десятую, чем у жидких электролитов, используемых в современных батареях. Важным открытием, по их словам, является определённая конфигурация дефектов в кристаллической структуре.

Открытие этой новой структуры такого материала также показывает, что есть возможность для создания нового семейства усовершенствованных суперионных проводников с натриевыми ионами.