新型固体电解质材料可提高锂离子电池的安全性和性能

由马克Shwartz

10bet bwin10博官网斯坦福大学的科学家发现了一种新型固体材料，可以替代锂离子电池中的易燃液体电解质。

科学家们说，这种由锂、硼和硫制成的低成本材料可以提高电动汽车、笔记本电脑和其他电池供电设备的安全性和性能。他们的发现在学习期刊上发表ACS应用材料与界面。

“典型的锂离子电池具有两个具有高度易燃液体电解质的固体电极，”研究铅作者奥斯丁的阶数是斯坦福材料科学与工程系的访问学者。10bet bwin“我们的目标是设计稳定，低成本的固体电解质，也增加了电池的功率和能量输出。”

有前途的材料

电池在充电和放电期间，电池电解电解在正极和负极之间的梭锂离子。大多数锂离子电池使用液体电解质，如果电池被刺破或短路，则可以燃烧。另一方面，固体电解质很少着火并且可能更有效。

斯坦福大学材料科学与工程副教授埃文·里德的发现，10bet bwin
访问学者Austin Sendek, 18岁的博士，可以帮助电池研究人员设计第一种固体十博网站怎么进入
电解质安全，便宜，高效。（图片信用：L.A. Cicero）

“坚固的电解质保持承诺作为更安全，更持久和更能量的液体电解质的能量密集的替代品”，“高级作者埃文芦苇他是材料科学与工程学院的副教授。“然而，发现用于固体电解质的合适材料仍然是一个重大的工程挑战。”

作者说，今天使用的最具固体电解质太不稳定，效率低，且昂贵的商业可行性。

“传统的固体电解质不能像液体电解质那样传导那么多的离子电流，”Sendek说。“只有少数电池一旦接触到电池电极就会降解。”

机器学习

为了找到可靠的固体电解质，森戴克和他的同事在2016年训练了一个计算机算法屏幕一个材料数据库中有超过12000种含锂化合物。算法在几分钟内识别出了大约20种有前景的材料，包括四种由锂、硼和硫组成的鲜为人知的化合物。

“正如我们正在看候选人，我们注意到四个锂硼 - 硫磺化合物保持突出，”Sendek说。“不幸的是，在现有的科学文献中没有太多关于这些材料。”

在目前的研究中，研究人员使用称为密度泛函理论的技术仔十博网站怎么进入细看看四种化合物，这模拟了材料如何在原子水平上行事。

非常有前途的结果

目前的研究显示，锂-硼-硫电解质的稳定性大约是主流固体电解质的两倍。电池的稳定性会影响电池单位重量能储存的能量。在电动汽车中，这意味着更长的行驶里程。

“特斯拉斯和其他电动汽车可以在一次充电时去250到300英里。”仙女说。“但是用固体电解质，您可能会对锂离子电池的能量密度加倍，并获得500英里高于500英里的范围 - 甚至可以开始考虑电动飞行。”

当典型的固体电解质断开时，它将其从良好的导体化学变换成良好的导体，导致电池停止工作。该研究预测，当混合在一起时，即使在分解时，四种锂 - 硫磺化合物也会继续运作。

“这四种化合物的化学性质相似，”森戴克说。“所以当混合物分解时，每个化合物都可能从一个良导体变成另一个良导体。这意味着，这些材料在分解成不良导体、最终杀死电池之前，可以经受多次循环分解。”

该研究还预测，锂 - 硼材料的某些阶段可能在导电锂离子时比用昂贵的锗制成的最新固体电解质进行锂离子的三倍。

Sendek说:“如果你有良好的离子导电性，你就可以从电池中获得更多的电流。”“电流越大，车子加速的动力就越大。”

今天可用的一些最佳固体电解质是用锗如锗的稀有元素制成，这是一公斤的费用约为500美元。锂，硼和硫是丰富的化学品，价格标签为每公斤26美元。

“我们的计算机算法根据其物理性质搜索新材料，”Sendek说。“但它发生了这四种化合物比替代品更便宜。”

锂金属

寻找可行的固体电解质也可能导致开发锂金属电池-能量密集、重量轻的电池，是电动汽车的理想选择。

大多数锂离子电池具有带负电电极由石墨制成。在锂金属电池中，石墨被金属锂代替，可以每公斤储存更大的电荷。

“金属锂真的是电池研究的圣杯，”Sendek说。十博网站怎么进入“但锂金属电极在操作过程中有内部短路的倾向，这是液态电解质无法防止的。固体电解质似乎是我们克服这个问题的最好机会，而锂硼硫电解质是很有前途的候选者。”

十博网站怎么进入研究路线图

斯坦福大10bet bwin学的研究为未来的研究提供了一个理论路线图。十博网站怎么进入下一步是合成所有四种锂硼硫材料，并在电池中进行测试。

“从我的实验主义的朋友告诉我，在实验室中制作这些材料可能很困难，”Sendek说。“我们的工作是理论家是将实验主义者指向有希望的材料，让他们看看材料如何在真实的设备中表现。”

通过人工智能和机器学习，可以通过人工智能和机器学习来识别来自数千名候选人的这些有希望的材料的能力。

“迄今为止，大多数新材料的发现已经通过低效的试验和错误搜索来实现，”他说。“我们的结果代表了对材料化学的机器学习方法的启发成功。”

其他研究的斯10bet bwin坦福共同作者是易崔，材料科学与工程副教授和斯克拉克国家加速器实验室的光子科学教授;和博士生在工程学十博体育官网在线平台院的人文科学学院Evan Antoniuk和Brandi Ransom。其他共同作者是谷歌大脑的ekin ubuk，Brian Francisco和Josh Buettner-Garret，Inc。

这项研究的资金由斯坦福提供10bet bwin汤姆卡特可持续能源中心和丰田研究院加速十博网站怎么进入材料设计与发现程序。