打破所有固態(tài)電池的壁壘
固體電解質(zhì)可以克服與傳統(tǒng)鋰(Li)離子和鈉(Na)離子電池狹窄的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)障礙。然而，許多固體電解質(zhì)——尤其是陶瓷——也存在循環(huán)不良問題和有效傳輸離子能力的限制。這些限制通常源于構(gòu)成材料微觀結(jié)構(gòu)的界面和其他特征，而這又取決于材料的加工方式。
勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的科學(xué)家與舊金山州立大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)合作，開發(fā)了一套廣泛的多尺度模擬能力，以幫助識(shí)別、評(píng)估和克服微觀結(jié)構(gòu)對(duì)固體電解質(zhì)中離子傳輸?shù)挠绊?。該研究發(fā)表在npj計(jì)算材料雜志上。
LLNL科學(xué)家和主要作者TaeWookHeo說：“我們提出了一種強(qiáng)大的新計(jì)算建模能力，它不僅可以為儲(chǔ)能研究界而且為材料加工界提供基本的科學(xué)理解和實(shí)用的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。”的論文。
在實(shí)際固態(tài)材料中不可避免地出現(xiàn)的微觀結(jié)構(gòu)特征——包括缺陷、結(jié)構(gòu)無序和內(nèi)部界面網(wǎng)絡(luò)——對(duì)實(shí)際的傳輸性能和電池壽命有重大影響。這些特征還引入了機(jī)械性能的不均勻性，這可能對(duì)可循環(huán)性產(chǎn)生額外的影響。
在新的研究中，該團(tuán)隊(duì)希望更好地了解微觀結(jié)構(gòu)和離子傳輸特性之間的詳細(xì)關(guān)系。Heo表示，這些知識(shí)對(duì)于開發(fā)具有高離子電導(dǎo)率的可行固體電解質(zhì)材料的合成和加工途徑至關(guān)重要。
“目前對(duì)固態(tài)電池和加工科學(xué)的興趣使得這項(xiàng)工作特別及時(shí)和有影響力，”LLNL項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和合著者布蘭登伍德說。
新開發(fā)的多尺度建?？蚣苣軌蛲ㄟ^將原子無序和異質(zhì)性的原子模擬連接到包含晶界和其他界面的微觀結(jié)構(gòu)模型來獲得前所未有的復(fù)雜性。由此產(chǎn)生的工具可以通過兩個(gè)尺度探索接口對(duì)傳輸?shù)挠绊?，取代傳統(tǒng)方法，如缺乏結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)單電路模型。Heo說，新工具為解決關(guān)于陶瓷固體電解質(zhì)中微觀結(jié)構(gòu)重要性的長(zhǎng)期爭(zhēng)論提供了見解。研究人員能夠量化晶界對(duì)離子傳輸?shù)挠绊懀⒋_定與電池退化常見模式的可能相關(guān)性。
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