一组研究人员设计和制造了一种用于固态钠离子电池的新型钠离子导体

一组研究人员设计和制造了一种用于固态钠离子电池的新型钠离子导体，该导体在掺入高电压氧化物阴极时可以保持稳定。这种新的固体电解质可以大大提高此类电池的效率和使用寿命。用这种新材料制成的概念验证电池可持续了1000次循环，同时保留了89.3%的容量，这一性能是迄今为止其他固态钠电池无法比拟的。

研究人员在2021年2月23日的《自然通讯》上详细介绍了他们的发现。

固态电池有望带来更安全，更便宜，更持久的电池。钠离子化学特别有前景，因为与锂离子电池所需的锂相比，钠成本低廉且丰富，而锂的开采需要很高的环境成本。目标是制造可用于大规模电网储能应用的电池，尤其是存储可再生能源产生的电力以缓解高峰需求的电池。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授雪莉·孟(Shirley Meng)说：“工业界希望电池级电池的成本为每千瓦时30至50美元，”它目前的成本约为三分之一至五分之一。该论文的通讯作者。“除非到达那里，否则我们不会停止。”

这项工作是圣地亚哥大学圣地亚哥分校和加州大学圣塔芭芭拉分校，石溪大学，加尔各答的TCG科学与技术研究和教育中心以及壳牌国际勘探公司之间的合作。

对于《自然通讯》研究中描述的电池，由加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Shyue Ping Ong领导的研究人员进行了一系列由计算机学习模型支持的计算仿真，以筛选哪些化学物质具有固态电池正确的特性组合。氧化物阴极。一旦选择了一种材料作为良好的候选材料，Meng的研究小组将对其进行实验制造，测试和表征，以确定其电化学性能。

通过在计算和实验之间快速迭代，加州大学圣地亚哥分校的研究小组选择了由钠，钇，锆和氯化物组成的一类卤化钠导体。他们将其命名为NYZC的材料在电化学上既稳定，又与高压钠离子电池中使用的氧化物阴极化学相容。然后，研究小组与UC Santa Barbara的研究人员联系，以研究和了解这种新材料的结构特性和性能。

NYZC基于Na3YCl6，这是一种众所周知的材料，不幸的是它的钠导体非常差。Ong建议用锆代替钇，因为这会产生空位并增加电池单元的体积，这是增加钠离子传导的两种方法。研究人员还指出，随着体积的增加，这种新材料中锆和氯离子的组合会经历旋转运动，从而导致更多的钠离子传导途径。除了增加电导率外，卤化物材料还比目前用于固态钠电池的材料稳定得多。

Ong说：“这些发现突显了卤化离子导体在固态钠离子电池应用中的巨大潜力。” “此外，它还凸显了大规模材料数据计算与机器学习相结合可能对材料发现过程产生的变革性影响。”

下一步包括探索这些卤化物材料的其他替代品，并提高电池的整体功率密度，并努力扩大制造工艺。

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