超级计算机可提供更持久更快充电的电池

为了遏制碳汽车总体排放量的上升，加利福尼亚州最近宣布了一项计划，如果当前州长的命令很强，则禁止在不到15年的时间内销售汽油动力汽车现在，得益于科学基金会资助的超级计算机，例如加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)的Comet和得克萨斯州高级计算中心(TACC)的Stampede2，研究界在开发更可靠的设备方面取得了进步。和高效的电动汽车，轻型卡车以及其他产品，重点放在为它们供电的电池上。

最近在这些超级计算机上分配了三个这样的大学团队，包括来自圣地亚哥大学UC，圣路易斯华盛顿大学和华盛顿州立大学的研究人员。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程副教授Shyue Ping Ong说：“多年来，我们一直在努力使锂离子电池更持久，充电更快。” “彗星对于进行计算以阐明独特的锂嵌入和扩散机制至关重要，这种机制负责我们正在开发的新型阳极材料的高倍率性能。”

这种新的Li 3 V 2 O 5阳极可以安全地替代当今锂离子电池中常见的石墨阳极，这是Ong最近在《自然》杂志上发表的论文的重点。这项研究是由加州大学圣地亚哥分校的可持续能源与能源总监刘平共同撰写的，他解释说，这种新的阳极方法可以循环使用6000次以上，而容量衰减可以忽略不计，并且可以快速充电和释放能量，提供40%以上的能量在20秒内达到其容量。

这意味着未来的锂离子电池可提供的能量比目前的多70%。具体来说，由Ong和Liu提出并研究的阳极被称为无序岩盐阳极。

Ong说：“启用彗星的计算发现为在相同机制下运行的其他阳极材料指明了道路。” “获得高性能计算资源的机会使我的团队无需购买和维护自己的超级计算机，从而使我们可以专注于科学。”

有关此项目的详细信息，请参见此UCSD新闻。

锂空气电池能否成为未来汽车动力的另一种解决方案?

更高效率的电动汽车动力的另一种可能性是锂空气电池(Li-air)，因为它将空气中的氧气转化为电能，这将是一种有吸引力的替代方法。尽管它不在市场上，但它可以通过提供一些最高的比能量(每千克电池的能量)而变得更受欢迎，从而增加车辆每次充电的续航里程。

圣路易斯华盛顿大学的Rohan Mishra等研究人员与伊利诺伊州芝加哥大学的合作者最近在工作上取得了长足进步，他们开发出了新型的二维合金，这些合金可以生产出具有出色稳定性的高能效锂空气电池经过许多次充放电循环。

计算材料科学家兼机械工程和材料科学助理教授罗汉说：“锂空气电池可以提供高能量密度，使其非常适合电动汽车。” “我们刚刚合成了几种合金，这些合金将使这些电池的开发在制造上取得很大进展。这些合金是在TACC的Stampede2和SDSC的Comet完成的密集计算的指导下合成的。”

现在，Mishra和他的同事对这些合金如何相互反应有了更好的了解，他们将集中精力进一步提高这些电池的能源效率。

Mishra和他的同事在Advanced Materials期刊上发表了他们的最新发现。在华盛顿大学的这篇文章中，也可以找到有关其合金发展的更多信息。

最近，米什拉(Mishra)的研究小组发现了一系列稀有化合物，称为电子化合物(electrides)，它们可以使氟离子电池稳定且可充电。氟离子电池可以帮助克服与当前锂离子电池中锂和钴的供应有限有关的问题。这些发现发表在《材料化学杂志》 A上，更多信息可以在华盛顿大学的文章中找到。

改进的锂硫电池提供了第三种选择

尽管锂硫电池已经使用了很多年，但它们的充电速度很慢，必须经常更换。较高的理论容量，能量密度和低廉的硫磺成本使这类电池成为电动汽车未来的潜在解决方案，引起了人们的更多关注。

华盛顿州立大学机械与材料工程副教授刘进说：“锂硫电池有望满足对高能量密度电源的不断增长的需求。” “我们最近的研究表明，当前设计中的微小分子变化如何极大地改善电池性能。”

Liu的研究发表在《先进能源材料》上，其中包括首先在Comet和Stampede2上进行模拟的实验。分子尺度的详细模拟和后续实验表明，与长支链蛋白相比，短支链蛋白(由短氨基酸残基组成的蛋白)在吸收多硫化物方面更为有效，从而抑制了多硫化物的穿梭并导致提高电池性能。

刘说：“蛋白质通常包含大量原子，蛋白质结构极其复杂。” “这种系统的分子模拟在计算上是广泛的，只有使用诸如Comet和Stampede2这样的超级计算机才有可能。”

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