A team from Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and Πανεπιστήμιο της Φλώριδας has designed a new blueprint for solid-state batteries that are less dependent on specific chemical elements, particularly critical metals that are challenging to source due to supply chain issues. Their work, reported recently in the journal Επιστήμη, could advance solid-state batteries that are efficient and affordable.
Touted for their high energy density and superior safety, solid-state batteries could be a game-changer for the electric car industry. But developing one that is affordable and also conductive enough to power a car for hundreds of miles on a single charge has long been a challenging hurdle to overcome.
“With our new approach to solid-state batteries, you don’t have to give up affordability for performance.” — Yan Zeng, Berkeley Lab staff scientist, Materials Sciences Division
“Our work is the first to solve this problem by designing a solid electrolyte with not just one metal but with a team of affordable metals,” said co-first author Yan Zeng, a staff scientist in Berkeley Lab’s Materials Sciences Division.
In a lithium-ion battery, the electrolyte works like a transfer hub where lithium ions move with electric charge to either power a device or recharge the battery.
Like other batteries, solid-state batteries store energy and then release it to power devices. But rather than liquid or polymer gel electrolytes found in lithium-ion batteries, they use a solid electrolyte.
Government, research, and academia have heavily invested in the research and development of solid-state batteries because the liquid electrolytes designed for many commercial batteries are more prone to overheating, fire, and loss of charge.
However, many of the solid-state batteries constructed thus far are based on specific types of metals that are expensive and not available in large quantities. Some aren’t found at all in the United States.
For the current study, Zeng — along with Bin Ouyang, an assistant professor in chemistry and biochemistry at Florida State University — and senior author Gerbrand Ceder, a Berkeley Lab faculty senior scientist and UC Berkeley professor of materials science and engineering, demonstrated a new type of solid electrolyte consisting of a mix of various metal elements. Zeng and Ouyang first developed the idea for this work while finishing their postdoctoral research at Berkeley Lab and UC Berkeley under the supervision of Ceder.
The new materials could result in a more conductive solid electrolyte that is less dependent on a large quantity of an individual element.
In experiments at Berkeley Lab and UC Berkeley, the researchers demonstrated the new solid electrolyte by synthesizing and testing several lithium-ion and sodium-ion materials with multiple mixed-metals.
They observed that the new multi-metal materials performed better than expected, displaying an ionic conductivity several orders of magnitude faster than the single-metal materials. Ionic conductivity is a measurement of how quickly lithium ions move to conduct electric charge.
The researchers theorize that mixing many different types of metals together creates new pathways — much like the addition of expressways on a congested highway — through which lithium ions can move quickly through the electrolyte. Without these pathways, the movement of lithium ions would be slow and limited when they travel through the electrolyte from one end of the battery to the other, Zeng explained.
To validate candidates for the multi-metal design, the researchers performed advanced theoretical calculations based on a method called density-functional theory on supercomputers at the Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Υπολογιστικής Έρευνας Ενέργειας (NERSC). Using scanning transmission electron microscopes (STEM) at the Μοριακό Χυτήριο, the researchers confirmed that each electrolyte is made of only one type of material — what scientists call a “single phase” — with unusual distortions giving rise to the new ion transport pathways in its crystal structure.
The discovery enables new opportunities to design next-generation ionic conductors. The next step in this research is to apply the new approach that Zeng has developed with Ceder at Berkeley Lab to further explore and discover novel solid electrolyte materials that can improve battery performance even further.
This work represents one of the many ways in which experts at the Berkeley Lab Energy Storage Center are working to enable the nation’s transition to a clean, affordable, and resilient energy future.
Last year, Ouyang won a NERSC High Performance Computing Achievement Award for “advancing the understanding of chemical short-range order for designing a new generation of commercialized cathode materials.” The award recognizes early-career scientists who have made significant contributions to scientific computation using NERSC resources.
Other scientists contributing to this work are Young-Woon Byeon and Zijian Cai from Berkeley Lab, Jue Liu from Oak Ridge National Laboratory, and Lincoln Miara and Yan Wang from the Samsung Advanced Institute of Technology.
The Molecular Foundry and NERSC are DOE Office of Science user facilities at Berkeley Lab.
This research was supported by the DOE Vehicle Technologies Office.
Ευγενική προσφορά του Εθνικό Εργαστήριο του Lawrence Berkeley.
DOE’s Office of Science is the single largest supporter of basic research in the physical sciences in the United States, and is working to address some of the most pressing challenges of our time. For more information, please visit energy.gov/science.
Δεν μου αρέσουν τα paywalls. Δεν σας αρέσουν τα paywalls. Σε ποιον αρέσουν τα paywalls; Εδώ στην CleanTechnica, εφαρμόσαμε ένα περιορισμένο paywall για λίγο, αλλά ήταν πάντα λάθος — και ήταν πάντα δύσκολο να αποφασίσουμε τι θα έπρεπε να βάλουμε πίσω εκεί. Θεωρητικά, το πιο αποκλειστικό και καλύτερο περιεχόμενό σας βρίσκεται πίσω από ένα paywall. Αλλά τότε λιγότεροι το διαβάζουν! Απλώς δεν μας αρέσουν τα paywalls, και έτσι αποφασίσαμε να εγκαταλείψουμε τα δικά μας. Δυστυχώς, η επιχείρηση των μέσων ενημέρωσης εξακολουθεί να είναι μια σκληρή, κομψή επιχείρηση με μικροσκοπικά περιθώρια. Είναι μια ατελείωτη ολυμπιακή πρόκληση να μείνεις πάνω από το νερό ή ακόμα ίσως — ασθμαίνω - καλλιεργώ. Ετσι …
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://cleantechnica.com/2023/02/24/berkeley-lab-fsu-team-designs-next-gen-batteries-at-atomic-level/
- 1
- a
- πάνω από
- Ακαδημία
- επίτευξη
- Επιπλέον
- διεύθυνση
- εκ των προτέρων
- προηγμένες
- προσιτές
- Όλα
- πάντοτε
- και
- Εφαρμογή
- πλησιάζω
- Βοηθός
- συγγραφέας
- διαθέσιμος
- βραβείο
- βασίζονται
- βασικός
- μπαταρίες
- μπαταρία
- επειδή
- πίσω
- Berkeley
- ΚΑΛΎΤΕΡΟΣ
- Καλύτερα
- Μπλε
- επιχείρηση
- κλήση
- που ονομάζεται
- υποψηφίους
- αυτοκίνητο
- αλυσίδα
- πρόκληση
- προκλήσεις
- πρόκληση
- χρέωση
- χημική ουσία
- χημεία
- εμπορικός
- υπολογισμός
- χρήση υπολογιστή
- Διεξαγωγή
- αγώγιμο
- ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΜΕΝΟΣ
- Αποτελείται από
- περιεχόμενο
- συμβάλλοντας
- συνεισφορές
- συμβατικός
- θα μπορούσε να
- δημιουργεί
- μονάδες
- κρίσιμης
- Κρύσταλλο
- Ρεύμα
- αποφάσισε
- κατέδειξε
- πυκνότητα
- εξαρτώμενος
- Υπηρεσίες
- σχεδιασμένα
- σχέδιο
- σχέδια
- αναπτύχθηκε
- ανάπτυξη
- Ανάπτυξη
- συσκευή
- Συσκευές
- διαφορετικές
- ανακαλύπτουν
- ανακάλυψη
- εμφάνιση
- διαίρεση
- DOE
- Μην
- κάθε
- αποτελεσματικός
- είτε
- Ηλεκτρικό
- ηλεκτρικό αυτοκίνητο
- στοιχεία
- ενεργοποιήσετε
- δίνει τη δυνατότητα
- ενέργεια
- ενεργειακή πυκνότητα
- Μηχανική
- αρκετά
- Αιθέρας (ΕΤΗ)
- Even
- Αποκλειστικό
- αναμένεται
- ακριβά
- εμπειρογνώμονες
- εξήγησε
- διερευνήσει
- εγκαταστάσεις
- μακριά
- γρηγορότερα
- Φωτιά
- Όνομα
- Φλόριντα
- Βρέθηκαν
- Χυτήριο
- από
- περαιτέρω
- μελλοντικός
- παιχνίδι changer
- γενεά
- gif
- Δώστε
- Δίνοντας
- πηγαίνει
- γκρί
- Grow
- βαριά
- εδώ
- Ψηλά
- High Performance Computing
- Αυτοκινητόδρομος
- Πως
- HTTPS
- Hub
- Εκατοντάδες
- ιδέα
- εφαρμοστεί
- βελτίωση
- in
- ατομικές
- βιομηχανία
- πληροφορίες
- Ινστιτούτο
- επενδύσει
- ιωνικός
- θέματα
- IT
- ημερολόγιο
- μόνο ένα
- εργαστήριο
- εργαστήριο
- large
- μεγαλύτερη
- Επίπεδο
- Περιωρισμένος
- Λίνκολν
- Υγρό
- λίθιο
- Μακριά
- off
- που
- πολοί
- περιθώρια
- υλικό
- υλικά
- max-width
- Εικόνες / Βίντεο
- μέταλλο
- Μέταλλα
- μέθοδος
- Μίξη
- μοριακός
- περισσότερο
- πλέον
- μετακινήσετε
- κίνηση
- πολλαπλούς
- εθνικός
- Εθνών
- Νέα
- επόμενη
- επόμενη γενιά
- μυθιστόρημα
- δρυς
- Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge
- Office
- ολυμπιακός
- ONE
- Ευκαιρίες
- τάξη
- παραγγελιών
- ΑΛΛΑ
- Ξεπεράστε
- Οξυγόνο
- ιδιαίτερα
- People
- επίδοση
- ίσως
- φυσικός
- Φυσικές Επιστήμες
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- σας παρακαλούμε
- πολυμερές
- δύναμη
- Πρόβλημα
- Δάσκαλος
- βάζω
- ποσότητα
- γρήγορα
- Διάβασε
- πρόσφατα
- επαναφόρτιση
- αναγνωρίζει
- απελευθερώνουν
- αναφέρθηκαν
- εκπροσωπώ
- αντιπροσωπεύει
- έρευνα
- έρευνα και ανάπτυξη
- ερευνητές
- ελαστικός
- Υποστηρικτικό υλικό
- αποτέλεσμα
- Αύξηση
- Ασφάλεια
- Είπε
- Samsung
- σάρωσης
- Επιστήμη
- ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ
- Επιστήμονας
- επιστήμονες
- αρχαιότερος
- διάφοροι
- θα πρέπει να
- παρουσιάζεται
- σημαντικός
- σημαντικά
- ενιαίας
- επιβραδύνουν
- So
- στέρεο
- SOLVE
- μερικοί
- Πηγή
- συγκεκριμένες
- Προσωπικό
- Κατάσταση
- Μελών
- παραμονή
- Στέλεχος
- Βήμα
- Ακόμη
- χώρος στο δίσκο
- κατάστημα
- δομή
- Μελέτη
- υπερυπολογιστές
- ανώτερος
- εποπτεία
- προμήθεια
- αλυσίδας εφοδιασμού
- υποστηριζόνται!
- υποστηρικτές
- ΒΑΣΚΑΣ
- Τεχνολογίες
- Τεχνολογία
- Δοκιμές
- Η
- τους
- θεωρητικός
- Εκεί.
- Μέσω
- ώρα
- προς την
- μαζι
- μεταφορά
- μετάβαση
- μεταφορά
- ταξίδι
- τύποι
- υπό
- κατανόηση
- Ενωμένος
- United States
- πανεπιστήμιο
- ασυνήθης
- χρήση
- Χρήστες
- ΕΠΙΚΥΡΩΝΩ
- διάφορα
- Ve
- όχημα
- Νερό
- τρόπους
- Τι
- Ποιό
- ενώ
- Ο ΟΠΟΊΟΣ
- χωρίς
- Κέρδισε
- Εργασία
- εργαζόμενος
- λειτουργεί
- θα
- Λανθασμένος
- έτος
- Σας
- YouTube
- zephyrnet