Berkeley Laboratuvarı ve FSU Ekibi, Atom Düzeyinde Yeni Nesil Piller Tasarladı

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan (Berkeley Lab) bir ekip ve Florida Eyalet Üniversitesi belirli kimyasal elementlere, özellikle de tedarik zinciri sorunları nedeniyle kaynağı zor olan kritik metallere daha az bağımlı olan katı hal pilleri için yeni bir plan tasarladı. Son zamanlarda dergide bildirilen çalışmaları Bilim, verimli ve uygun fiyatlı katı hal pillerini geliştirebilir.

Yüksek enerji yoğunlukları ve üstün güvenlikleri nedeniyle övülen katı hal piller, elektrikli otomobil endüstrisinde oyunun kurallarını değiştirebilir. Ancak uygun maliyetli ve aynı zamanda bir arabayı tek şarjla yüzlerce kilometre yol boyunca çalıştırabilecek kadar iletken bir sistem geliştirmek, uzun süredir aşılması zor bir engeldi.

"Katı hal pillere yönelik yeni yaklaşımımız sayesinde, performans için uygun fiyattan vazgeçmenize gerek yok." — Yan Zeng, Berkeley Laboratuvarı personel bilim insanı, Malzeme Bilimleri Bölümü

Berkeley Laboratuvarı Malzeme Bilimleri Bölümü'nde çalışan bir bilim insanı olan ortak yazar Yan Zeng, "Çalışmamız, yalnızca tek bir metalle değil, aynı zamanda uygun fiyatlı metallerden oluşan bir ekiple katı bir elektrolit tasarlayarak bu sorunu çözen ilk çalışmadır" dedi.

Bir lityum iyon pilde elektrolit, lityum iyonlarının bir cihaza güç vermek veya pili yeniden şarj etmek için elektrik yüküyle hareket ettiği bir aktarma merkezi gibi çalışır.

Diğer piller gibi, katı hal piller de enerjiyi depolar ve daha sonra onu güç cihazlarına verir. Ancak lityum iyon pillerde bulunan sıvı veya polimer jel elektrolitler yerine katı bir elektrolit kullanılır.

Birçok ticari pil için tasarlanan sıvı elektrolitler aşırı ısınmaya, yangına ve şarj kaybına daha yatkın olduğundan, hükümet, araştırma ve akademi katı hal pillerinin araştırma ve geliştirmesine büyük yatırımlar yaptı.

Bununla birlikte, şimdiye kadar üretilen katı hal pillerin çoğu, pahalı olan ve büyük miktarlarda bulunamayan belirli metal türlerine dayanmaktadır. Bazıları Amerika Birleşik Devletleri'nde hiç bulunmuyor.

Mevcut çalışma için Zeng, Florida Eyalet Üniversitesi'nde kimya ve biyokimya alanında yardımcı doçent ve kıdemli yazar olan Bin Ouyang ile birlikte Gerbrand SediriBerkeley Laboratuvarı öğretim üyesi kıdemli bilim adamı ve UC Berkeley malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü, çeşitli metal elementlerin bir karışımından oluşan yeni bir katı elektrolit türü gösterdi. Zeng ve Ouyang, bu çalışmanın fikrini ilk olarak Ceder'in gözetiminde Berkeley Laboratuvarı ve UC Berkeley'de doktora sonrası araştırmalarını tamamlarken geliştirdiler.

Yeni malzemeler, tek bir elementin büyük miktarına daha az bağımlı olan, daha iletken bir katı elektrolite yol açabilir.

Berkeley Laboratuvarı ve UC Berkeley'deki deneylerde araştırmacılar, çeşitli lityum-iyon ve sodyum-iyon malzemelerini çoklu karışık metallerle sentezleyip test ederek yeni katı elektroliti gösterdiler.

Yeni çok metalli malzemelerin beklenenden daha iyi performans gösterdiğini ve tek metalli malzemelerden birkaç kat daha hızlı iyonik iletkenlik sergilediklerini gözlemlediler. İyonik iletkenlik, lityum iyonlarının elektrik yükünü iletmek için ne kadar hızlı hareket ettiğinin bir ölçümüdür.

Araştırmacılar, pek çok farklı türde metalin bir arada karıştırılmasının, lityum iyonlarının elektrolit içerisinde hızla hareket edebildiği, tıpkı sıkışık bir otoyoldaki otoyolların eklenmesine benzer şekilde yeni yollar oluşturduğunu öne sürüyor. Zeng, bu yollar olmasaydı, lityum iyonlarının elektrolit içerisinde pilin bir ucundan diğer ucuna geçerken hareketinin yavaş ve sınırlı olacağını açıkladı.

Çoklu metal tasarımına yönelik adayları doğrulamak için araştırmacılar, süper bilgisayarlarda yoğunluk-fonksiyonel teorisi adı verilen bir yönteme dayalı ileri teorik hesaplamalar gerçekleştirdiler. Ulusal Enerji Araştırmaları Bilimsel Hesaplama Merkezi (NERSC). Taramalı transmisyon elektron mikroskoplarının (STEM) kullanılması Moleküler DökümAraştırmacılar, her elektrolitin yalnızca tek bir tür malzemeden (bilim adamlarının "tek faz" olarak adlandırdığı) yapıldığını ve olağandışı çarpıklıkların kristal yapısında yeni iyon taşıma yollarına yol açtığını doğruladılar.

Keşif, yeni nesil iyonik iletkenleri tasarlamak için yeni fırsatlar sağlıyor. Bu araştırmadaki bir sonraki adım, pil performansını daha da artırabilecek yeni katı elektrolit malzemeleri daha fazla araştırmak ve keşfetmek için Zeng'in Berkeley Laboratuvarı'nda Ceder ile birlikte geliştirdiği yeni yaklaşımı uygulamaktır.

Bu çalışma, uzmanların başvurduğu birçok yoldan birini temsil ediyor. Berkeley Laboratuvarı Enerji Depolama Merkezi ülkenin temiz, uygun fiyatlı ve dayanıklı bir enerji geleceğine geçişini sağlamak için çalışıyoruz.

Geçen yıl Ouyang kazandı NERSC Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Başarı Ödülü "yeni nesil ticarileştirilmiş katot malzemeleri tasarlamak için kimyasal kısa menzilli düzen anlayışını ilerletmek" için. Ödül, NERSC kaynaklarını kullanarak bilimsel hesaplamaya önemli katkılarda bulunan kariyerinin başındaki bilim adamlarına veriliyor.

Bu çalışmaya katkıda bulunan diğer bilim insanları ise Berkeley Laboratuvarı'ndan Young-Woon Byeon ve Zijian Cai, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan Jue Liu ve Samsung İleri Teknoloji Enstitüsü'nden Lincoln Miara ve Yan Wang'dır.

Moleküler Dökümhane ve NERSC, Berkeley Laboratuvarı'ndaki DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisleridir.

Bu araştırma DOE Araç Teknolojileri Ofisi tarafından desteklenmiştir.

Nezaket Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı.

DOE Bilim Ofisi Amerika Birleşik Devletleri'nde fizik bilimlerindeki temel araştırmaların en büyük destekçisidir ve zamanımızın en acil zorluklarından bazılarını çözmek için çalışmaktadır. Daha fazla bilgi için lütfen Energy.gov/science adresini ziyaret edin.

Ödeme duvarlarını sevmiyorum. Ödeme duvarlarını sevmiyorsun. Ödeme duvarlarını kim sever? Burada, CleanTechnica'da, bir süre için sınırlı bir ödeme duvarı uyguladık, ancak bu her zaman yanlış hissettirdi - ve oraya ne koymamız gerektiğine karar vermek her zaman zordu. Teorik olarak, en özel ve en iyi içeriğiniz bir ödeme duvarının arkasında yer alır. Ama sonra daha az insan okuyor! Sadece ödeme duvarlarını sevmiyoruz ve bu yüzden bizimkini bir kenara bırakmaya karar verdik. Ne yazık ki, medya işi hala küçük marjlarla zorlu, acımasız bir iş. Suyun üstünde kalmak hiç bitmeyen bir Olimpik meydan okumadır, hatta belki de — nefesi kesilmek - büyümek. Bu yüzden …

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://cleantechnica.com/2023/02/24/berkeley-lab-fsu-team-designs-next-gen-batteries-at-atomic-level/