A team from Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and دانشگاه ایالتی فلوریدا 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 علم, 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 گربراند سدر, 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 مرکز ملی محاسبات علمی تحقیقات انرژی (NERSC). Using scanning transmission electron microscopes (STEM) at the ریخته گری مولکولی, 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.
حسن نیت ارائه میدهد آزمایشگاه ملی لارنس برکلی.
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.
من paywalls را دوست ندارم. شما paywalls را دوست ندارید. چه کسی دیوارهای پرداخت را دوست دارد؟ در اینجا در CleanTechnica، ما برای مدتی یک دیوار پرداخت محدود را پیادهسازی کردیم، اما همیشه اشتباه به نظر میرسید - و تصمیمگیری در مورد اینکه چه چیزی را پشت سر بگذاریم همیشه سخت بود. در تئوری، انحصاری ترین و بهترین محتوای شما پشت یک دیوار پرداخت است. اما پس از آن افراد کمتری آن را می خوانند! ما فقط دیوارهای پرداخت را دوست نداریم، و بنابراین تصمیم گرفتیم که دیوارهای خود را کنار بگذاریم. متأسفانه، تجارت رسانه ای هنوز هم یک تجارت سخت و دشوار با حاشیه های کوچک است. این یک چالش بی پایان المپیک است که بالای آب بمانید یا حتی شاید - نفس نفس زدن - رشد. بنابراین …
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- منبع: https://cleantechnica.com/2023/02/24/berkeley-lab-fsu-team-designs-next-gen-batteries-at-atomic-level/
- 1
- a
- بالاتر
- آکادمی
- موفقیت
- اضافه
- نشانی
- پیشرفت
- پیشرفته
- مقرون به صرفه
- معرفی
- همیشه
- و
- درخواست
- روش
- دستیار
- نویسنده
- در دسترس
- جایزه
- مستقر
- اساسی
- باتری
- باتری
- زیرا
- پشت سر
- برکلی
- بهترین
- بهتر
- آبی
- کسب و کار
- صدا
- نام
- نامزد
- ماشین
- زنجیر
- به چالش
- چالش ها
- به چالش کشیدن
- بار
- شیمیایی
- شیمی
- تجاری
- محاسبه
- محاسبه
- رفتار
- رسانایی
- تایید شده
- شامل
- محتوا
- کمک
- مشارکت
- معمولی
- میتوانست
- ایجاد
- اعتبار
- بحرانی
- کریستال
- جاری
- مصمم
- نشان
- چگالی
- وابسته
- طرح
- طراحی
- طراحی
- طرح
- توسعه
- در حال توسعه
- پروژه
- دستگاه
- دستگاه ها
- مختلف
- كشف كردن
- کشف
- نمایش
- بخش
- DOE
- آیا
- هر
- موثر
- هر دو
- برقی
- ماشین الکتریکی
- عناصر
- قادر ساختن
- را قادر می سازد
- انرژی
- تراکم انرژی
- مهندسی
- کافی
- اتر (ETH)
- حتی
- انحصاری
- انتظار می رود
- گران
- کارشناسان
- توضیح داده شده
- اکتشاف
- امکانات
- بسیار
- سریعتر
- آتش
- نام خانوادگی
- فلوریدا
- یافت
- ریخته گری
- از جانب
- بیشتر
- آینده
- تغییر دهنده ی بازی
- نسل
- GIF
- دادن
- دادن
- می رود
- خاکستری
- شدن
- به شدت
- اینجا کلیک نمایید
- زیاد
- محاسبات با کارایی بالا
- بزرگراه
- چگونه
- HTTPS
- قطب
- صدها نفر
- اندیشه
- اجرا
- بهبود
- in
- فرد
- صنعت
- اطلاعات
- موسسه
- سرمایه گذاری
- ایونیک
- مسائل
- IT
- روزنامه
- فقط یکی
- آزمایشگاه
- لابراتوار
- بزرگ
- بزرگترین
- سطح
- محدود شده
- لینکلن
- مایع
- لیتیوم
- طولانی
- خاموش
- ساخته
- بسیاری
- حاشیه
- ماده
- مصالح
- حداکثر عرض
- رسانه ها
- فلز
- Metals
- روش
- خلط
- مولکولی
- بیش
- اکثر
- حرکت
- جنبش
- چندگانه
- ملی
- سازمان ملل
- جدید
- بعد
- نسل بعدی
- رمان
- بلوط
- آزمایشگاه ملی Oak Ridge
- دفتر
- المپیک
- ONE
- فرصت ها
- سفارش
- سفارشات
- دیگر
- غلبه بر
- اکسیژن
- ویژه
- مردم
- کارایی
- شاید
- فیزیکی
- علوم طبیعی
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- لطفا
- بسپار
- قدرت
- مشکل
- معلم
- قرار دادن
- مقدار
- به سرعت
- خواندن
- تازه
- شارژ
- به رسمیت می شناسد
- آزاد
- گزارش
- نشان دادن
- نشان دهنده
- تحقیق
- تحقیق و توسعه
- محققان
- انعطاف پذیر
- منابع
- نتیجه
- طلوع
- ایمنی
- سعید
- سامسونگ
- پویش
- علم
- علوم
- دانشمند
- دانشمندان
- ارشد
- چند
- باید
- نشان داده شده
- قابل توجه
- به طور قابل توجهی
- تنها
- کند
- So
- جامد
- حل
- برخی از
- منبع
- خاص
- کارکنان
- دولت
- ایالات
- ماندن
- ساقه
- گام
- هنوز
- ذخیره سازی
- opbevare
- ساختار
- مهاجرت تحصیلی
- ابر رایانه ها
- برتر
- نظارت
- عرضه
- زنجیره تامین
- پشتیبانی
- حامی
- TEAL
- تیم
- فن آوری
- پیشرفته
- تست
- La
- شان
- نظری
- آنجا.
- از طریق
- زمان
- به
- با هم
- انتقال
- انتقال
- حمل و نقل
- سفر
- انواع
- زیر
- درک
- متحد
- ایالات متحده
- دانشگاه
- غیر معمول
- استفاده کنید
- کاربر
- تصدیق
- مختلف
- Ve
- وسیله نقلیه
- آب
- راه
- چی
- که
- در حین
- WHO
- بدون
- برنده شد
- مهاجرت کاری
- کارگر
- با این نسخهها کار
- خواهد بود
- اشتباه
- سال
- شما
- یوتیوب
- زفیرنت