A team from Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and فلوریڈا اسٹیٹ یونیورسٹی 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 سائنس, 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 نیشنل انرجی ریسرچ سائنٹیفک کمپیوٹنگ سینٹر (NERSC). Using scanning transmission electron microscopes (STEM) at the مالیکیولر فاؤنڈری۔, 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.
کے بشکریہ لارنس برکلی نیشنل لیبارٹری.
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.
مجھے پے والز پسند نہیں ہیں۔ آپ کو پے والز پسند نہیں ہیں۔ پے وال کون پسند کرتا ہے؟ یہاں CleanTechnica میں، ہم نے تھوڑی دیر کے لیے ایک محدود پے وال لاگو کیا، لیکن یہ ہمیشہ غلط محسوس ہوتا تھا — اور یہ فیصلہ کرنا ہمیشہ مشکل ہوتا تھا کہ ہمیں وہاں کیا رکھنا چاہیے۔ نظریہ میں، آپ کا سب سے خصوصی اور بہترین مواد پے وال کے پیچھے جاتا ہے۔ لیکن پھر بہت کم لوگ اسے پڑھتے ہیں! ہم صرف پے والز کو پسند نہیں کرتے ہیں، اور اس لیے ہم نے اپنا کام ختم کرنے کا فیصلہ کیا ہے۔ بدقسمتی سے، میڈیا کا کاروبار اب بھی ایک مشکل، چھوٹے مارجن کے ساتھ کٹا ہوا کاروبار ہے۔ پانی سے اوپر رہنا یا یہاں تک کہ شاید - یہ کبھی نہ ختم ہونے والا اولمپک چیلنج ہے۔ ہاںفتے - بڑھنا تو…
- SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
- پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse Intelligence. علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- ماخذ: https://cleantechnica.com/2023/02/24/berkeley-lab-fsu-team-designs-next-gen-batteries-at-atomic-level/
- 1
- a
- اوپر
- اکیڈمی
- کامیابی
- اس کے علاوہ
- پتہ
- آگے بڑھانے کے
- اعلی درجے کی
- سستی
- تمام
- ہمیشہ
- اور
- کا اطلاق کریں
- نقطہ نظر
- اسسٹنٹ
- مصنف
- دستیاب
- ایوارڈ
- کی بنیاد پر
- بنیادی
- بیٹریاں
- بیٹری
- کیونکہ
- پیچھے
- برکلے
- BEST
- بہتر
- بلیو
- کاروبار
- فون
- کہا جاتا ہے
- امیدواروں
- کار کے
- چین
- چیلنج
- چیلنجوں
- چیلنج
- چارج
- کیمیائی
- کیمسٹری
- تجارتی
- حساب
- کمپیوٹنگ
- سلوک
- چالکتا
- منسلک
- پر مشتمل ہے
- مواد
- تعاون کرنا
- شراکت دار
- روایتی
- سکتا ہے
- پیدا
- کریڈٹ
- اہم
- کرسٹل
- موجودہ
- فیصلہ کیا
- demonstrated,en
- کثافت
- انحصار
- ڈیزائن
- ڈیزائن
- ڈیزائننگ
- ڈیزائن
- ترقی یافتہ
- ترقی
- ترقی
- آلہ
- کے الات
- مختلف
- دریافت
- دریافت
- دکھانا
- ڈویژن
- DOE
- نہیں
- ہر ایک
- ہنر
- یا تو
- الیکٹرک
- برقی کار
- عناصر
- کو چالو کرنے کے
- کے قابل بناتا ہے
- توانائی
- توانائی کی کثافت
- انجنیئرنگ
- کافی
- Ether (ETH)
- بھی
- خصوصی
- توقع
- مہنگی
- ماہرین
- وضاحت کی
- تلاش
- سہولیات
- دور
- تیز تر
- آگ
- پہلا
- فلوریڈا
- ملا
- فاؤنڈری
- سے
- مزید
- مستقبل
- کھیل مبدل
- نسل
- GIF
- دے دو
- دے
- جاتا ہے
- بھوری رنگ
- بڑھائیں
- بھاری
- یہاں
- ہائی
- ہائی پرفارمنس کمپیوٹنگ
- ہائی وے
- کس طرح
- HTTPS
- حب
- سینکڑوں
- خیال
- عملدرآمد
- کو بہتر بنانے کے
- in
- انفرادی
- صنعت
- معلومات
- انسٹی ٹیوٹ
- سرمایہ کاری کی
- ایونیکی
- مسائل
- IT
- جرنل
- صرف ایک
- لیب
- تجربہ گاہیں
- بڑے
- سب سے بڑا
- سطح
- لمیٹڈ
- لنکن
- مائع
- لتیم
- لانگ
- بند
- بنا
- بہت سے
- مارجن
- مواد
- مواد
- زیادہ سے زیادہ چوڑائی
- میڈیا
- دھات
- Metals
- طریقہ
- مخلوط
- آناخت
- زیادہ
- سب سے زیادہ
- منتقل
- تحریک
- ایک سے زیادہ
- قومی
- متحدہ
- نئی
- اگلے
- اگلی نسل
- ناول
- بلوط
- اوک ریس قومی لیبارٹری
- دفتر
- اولمپک
- ایک
- مواقع
- حکم
- احکامات
- دیگر
- پر قابو پانے
- آکسیجن
- خاص طور پر
- لوگ
- کارکردگی
- شاید
- جسمانی
- طبعی علوم
- پلاٹا
- افلاطون ڈیٹا انٹیلی جنس
- پلیٹو ڈیٹا
- مہربانی کرکے
- پولیمر
- طاقت
- مسئلہ
- ٹیچر
- ڈال
- مقدار
- جلدی سے
- پڑھیں
- حال ہی میں
- ریفئل
- پہچانتا ہے
- جاری
- اطلاع دی
- کی نمائندگی
- کی نمائندگی کرتا ہے
- تحقیق
- تحقیق اور ترقی
- محققین
- لچکدار
- وسائل
- نتیجہ
- اضافہ
- سیفٹی
- کہا
- سیمسنگ
- سکیننگ
- سائنس
- سائنس
- سائنسدان
- سائنسدانوں
- سینئر
- کئی
- ہونا چاہئے
- دکھایا گیا
- اہم
- نمایاں طور پر
- ایک
- سست
- So
- ٹھوس
- حل
- کچھ
- ماخذ
- مخصوص
- سٹاف
- حالت
- امریکہ
- رہنا
- تنا
- مرحلہ
- ابھی تک
- ذخیرہ
- ذخیرہ
- ساخت
- مطالعہ
- سپر کمپیوٹرز
- اعلی
- نگرانی
- فراہمی
- فراہمی کا سلسلہ
- تائید
- حامی
- چیتی
- ٹیم
- ٹیکنالوجی
- ٹیکنالوجی
- ٹیسٹنگ
- ۔
- ان
- نظریاتی
- وہاں.
- کے ذریعے
- وقت
- کرنے کے لئے
- مل کر
- منتقل
- منتقلی
- نقل و حمل
- سفر
- اقسام
- کے تحت
- افہام و تفہیم
- متحدہ
- ریاست ہائے متحدہ امریکہ
- یونیورسٹی
- غیر معمولی
- استعمال کی شرائط
- رکن کا
- تصدیق کریں۔
- مختلف
- Ve
- گاڑی
- پانی
- طریقوں
- کیا
- جس
- جبکہ
- ڈبلیو
- بغیر
- وون
- کام
- کام کر
- کام کرتا ہے
- گا
- غلط
- سال
- اور
- یو ٹیوب پر
- زیفیرنیٹ