固態(tài)電池因具有安全性能高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量密度高、耐受溫度范圍大、可柔性化等優(yōu)點(diǎn)，一直被視為是繼傳統(tǒng)鋰電池后的下一代最佳選擇，尤其是成本優(yōu)勢(shì)更明顯的鈉離子固態(tài)電池，更被寄予了在大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用中投入使用的厚望。

加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程學(xué)教授Shirley Meng曾表示：“業(yè)界希望電池級(jí)電池的成本為每千瓦時(shí)30至50美元，大約是今天的三分之一至五分之一。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)我們一直在努力。”

近日，科學(xué)家的研究終于有了進(jìn)展——來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校和圣塔芭芭拉加利福尼亞大學(xué)的研究人員們?cè)O(shè)計(jì)并制造了一種新的鈉離子導(dǎo)體，用于制作固態(tài)鈉離子電池。這種導(dǎo)體在與更高壓的氧化物陰極結(jié)合時(shí)可以保持穩(wěn)定的電量存儲(chǔ)。這種新型固體電解質(zhì)可以顯著提高這類電池的效率和壽命，用這種新材料制造的實(shí)驗(yàn)性電池可以持續(xù) 1000 次循環(huán)，同時(shí)保持 89.3% 的容量，這是迄今為止常規(guī)的固態(tài)鈉電池所無(wú)法比擬的性能。

在研究過(guò)程中，由Shirley Meng教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行了一系列的計(jì)算模擬，以篩選出可作為氧化物陰極的固態(tài)電池的化學(xué)成分組合。一旦有了合適的候選材料，研究小組就通過(guò)實(shí)驗(yàn)制造、測(cè)試和表征來(lái)確定其電化學(xué)性能。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)之間的快速迭代，研究小組確定了一類由鈉、釔、鋯和氯化物組成的導(dǎo)體，并命名為 NYZC，它不僅電化學(xué)穩(wěn)定性好，而且與高壓鈉離子電池的氧化物陰極具有較好的化學(xué)兼容性。

據(jù)悉，這種名為NYZC的新材料是基于一種性能很差的鈉導(dǎo)體Na₃YL₆，Shirley Meng教授為了增加鈉離子的傳導(dǎo)，提出使用鋯代替釔，這樣它就會(huì)產(chǎn)生空位并增加電池單元的體積。研究人員還注意到，隨著體積的增加，新材料中鋯離子和氯離子的結(jié)合會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致鈉離子有更多的傳導(dǎo)途徑。不僅導(dǎo)電性得以增加，而且這種鹵化物材料比目前用于固態(tài)鈉電池的材料都穩(wěn)定得多。

“這些發(fā)現(xiàn)凸顯了鹵化物離子導(dǎo)體在固態(tài)鈉離子電池應(yīng)用中的巨大潛力，”Shirley Meng教授說(shuō)，“而且它證明了大規(guī)模的材料數(shù)據(jù)計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)材料的發(fā)掘確實(shí)有變革性的影響。”

粉體圈Coco編譯