Для многих будущих технологий первостепенное значение имеют высокопроизводительные, долговечные накопители энергии: например, для электромобильности, для мобильных устройств, таких как планшеты или смартфоны, или для эффективного использования возобновляемых источников энергии. Д - р Даниэль Муттер из Института механики материалов им. Фраунгофера IWM смог выяснить, каким образом твердые электролиты, изготовленные из керамики, должны быть химически составлены, чтобы хорошо работать в литий-ионных батареях. Он опубликовал это в журнале прикладной физики. Говорят, что твердые электролиты такого типа более экологичны, чем обычные жидкие электролиты, и могут сделать литий-ионные аккумуляторы значительно более эффективными и надежными
Они представляют меньший риск взрыва, и если они повреждены, например, в результате аварии, не должно выделяться кислоты, что может вызвать ожоги и отравление у людей.
Аккумуляторные электролиты должны соответствовать высоким требованиям
Требования к свойствам материалов аккумуляторных электролитов являются значительными: ионная проводимость должна быть высокой, а используемые химические элементы должны быть нетоксичными и богатыми земной корой.
Используя атомистическое моделирование, доктор определил У мамы сейчас есть несколько комбинаций химических элементов для керамики NZP, которые особенно перспективны для этих требований.
Практически проверить прогнозы
«При определенных обстоятельствах мы можем комбинировать эти особенно выгодные керамические твердотельные электролиты с очень мощными анодами из металлического лития - это невозможно с жидкими электролитами, обычно используемыми сегодня, потому что они сильно реагируют с металлическим литием и тем самым повреждают батарею», объясняет доктор, Мама.
На следующем этапе исследователь хочет проверить с партнерами, значительно ли предсказанные материалы значительно увеличивают проводимость, как и ожидалось. В частности, это означало бы: более короткое время зарядки при более длительном времени работы, что было бы особенно выгодно для электромобильности.
Кроме того, эта комбинация означает меньший вес, поскольку аноды из металлического лития с той же емкостью значительно легче, чем ранее использованные графитовые аноды.
Химические элементы, которые доктор Говорят, что исследования матерей распространены в земной коре в Европе и относительно легко разлагаются.
батареи
Ученые исследуют твердотельные аккумуляторы для электромобилей
Литий-ионные аккумуляторы
На 30 процентов больше энергии возможно с литий-ионными батареями
Керамика НЗП обладает высокой ионной проводимостью
Как правило, ионная проводимость керамических материалов ниже, чем у жидких электролитов. Класс так называемой керамики NZP, однако, обещает высокую ионную проводимость: их структурная структура обеспечивает существование «пешеходных троп», по которым легко могут перемещаться ионы лития. Это делает их интересным кандидатом на высокоэффективные твердотельные электролиты для литий-ионных аккумуляторов.
Однако ранее было неясно, почему некоторые соединения более мощные, чем другие, и которые на самом деле работают особенно хорошо.
Что такое керамика NZP?
Класс керамики NZP известен с 1960-х годов и также называется Nasicon. Он получил свое название от химической структуры NaZr2 (PO4) 3, для которой были обнаружены особенно положительные свойства для производства твердых электролитов.
Стабильность керамики NZP стала возможной благодаря характерной «фонарной» структуре многогранников, образованных атомами кислорода вокруг других элементов. Это приводит к трехмерной сети путей миграции ионов лития, что приводит к высокой ионной проводимости керамики. Химические элементы натрия, циркония и фосфора могут быть различными. Как видно из рисунка выше, натрий может быть заменен литием, а цирконий - титаном. Изменчивость элементов позволяет анализировать свойства материала для большого количества элементарных комбинаций с помощью компьютера.
Лучшее понимание керамики NZP
В дополнение к прогнозированию перспективных составов материалов, исследования физика направлены на то, чтобы способствовать лучшему пониманию атомных процессов в керамике NZP.
Он обнаружил, что энергия миграции, необходимая для литий-ионной миграции, зависит от кислородной среды вокруг пути миграции ионов иным образом, чем считалось ранее. Выявленные взаимосвязи структура-свойство позволяют значительно более обоснованно прогнозировать влияние элементарных населенностей на структурную структуру и ионную проводимость керамики NZP.
Д-р Материнские анализы являются частью финансируемого DFG исследовательского проекта по теме «Производство и характеристика керамических твердотельных электролитов с высокой ионно-литиевой проводимостью», который он выполнил в сотрудничестве с Технологическим институтом Карлсруэ (KIT) и Университетом Мюнхена.