Novità del settore

Nuovo materiale innovativo per batterie a stato solido ad alta tensione e lunga durata

2021-06-16
TEMI:
Tecnologia delle batterie,Energia,Scienza dei materiali,Nanotecnologia,Popolari,UCSD,Batterie
A cura dell'UNIVERSITÀ DELLA CALIFORNIA - SAN DIEGO 23 FEBBRAIO 2021



Un team di ricercatori ha progettato e prodotto un nuovo conduttore agli ioni di sodio per batterie agli ioni di sodio allo stato solido che è stabile se incorporato in catodi di ossido ad alta tensione. Questo nuovo elettrolita solido potrebbe migliorare notevolmente l'efficienza e la durata di questa classe di batterie. Una batteria proof of concept costruita con il nuovo materiale è durata oltre 1000 cicli mantenendo l'89,3% della sua capacità, una prestazione finora ineguagliata da altre batterie al sodio a stato solido.

I ricercatori dettagliano i loro risultati nel numero del 23 febbraio 2021 di Nature Communications.

Le batterie a stato solido mantengono la promessa di batterie più sicure, più economiche e più durevoli. Le sostanze chimiche agli ioni di sodio sono particolarmente promettenti perché il sodio è a basso costo e abbondante, al contrario del litio richiesto per le batterie agli ioni di litio, che viene estratto a un alto costo ambientale. L'obiettivo è costruire batterie che possano essere utilizzate in applicazioni di stoccaggio dell'energia su rete su larga scala, in particolare per immagazzinare l'energia generata da fonti di energia rinnovabile per mitigare i picchi di domanda.

"L'industria vuole che le batterie a livello di cella costino dai 30 ai 50 dollari per kWh", da circa un terzo a un quinto di quello che costa oggi, ha affermato Shirley Meng, professore di nanoingegneria presso l'Università della California a San Diego. e uno degli autori corrispondenti dell'articolo. â€Non ci fermeremo finché non saremo arrivatiâ€



L'unità ZrCl6 è mostrata qui ruotare, creando posti vacanti, che aumenta la conduttività. Credito: Università della California.

Il lavoro è una collaborazione tra i ricercatori della UC San Diego e della UC Santa Barbara, la Stony Brook University, il TCG Center for Research and Education in Science and Technology a Kolkata, in India, e Shell International Exploration, Inc.

Per la batteria descritta nello studio Nature Communications, i ricercatori guidati dal professore di nanoingegneria della UC San Diego Shyue Ping Ong hanno eseguito una serie di simulazioni computazionali alimentate da un modello di apprendimento automatico per verificare quale chimica avrebbe la giusta combinazione di proprietà per una batteria a stato solido con un catodo di ossido. Una volta che un materiale è stato selezionato come un buon candidato, il gruppo di ricerca di Meng lo ha fabbricato, testato e caratterizzato sperimentalmente per determinarne le proprietà elettrochimiche.

Iterando rapidamente tra calcolo ed esperimento, il team dell'UC SanDiego ha optato per una classe di conduttori di sodio alogenuro costituiti da sodio, ittrio, zirconio e cloruro. Il materiale, che hanno chiamato NYZC, era sia elettrochimicamente stabile che chimicamente compatibile con i catodi di ossido utilizzati nelle batterie agli ioni di sodio ad alta tensione. Il team ha quindi contattato i ricercatori dell'UC Santa Barbara per studiare e comprendere le proprietà strutturali e il comportamento di questo nuovo materiale.



I prossimi passi includono l'esplorazione di altre sostituzioni per questi materiali a ioduri e l'aumento della densità di potenza complessiva della batteria, oltre a lavorare per aumentare il processo di produzione.


Riferimento: "Un composito elettrolita solido catodo stabile per batterie agli ioni di sodio allo stato solido ad alta tensione e di lunga durata" di Erik A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean- Marie Doux, Ji Qi, Zhuoying Zhu, Antonin Grenier, Yixuan Li, Enyue Zhao, Grayson Deysher, Elias Sebti, Han Nguyen, Ryan Stephens, Guy Verbist, Karena W. Chapman, Raphaële J. Clément, Abhik Banerjee, Ying Shirley Meng e Shyue Ping Ong, 23 febbraio 2021, Comunicazioni sulla natura.
DOI: 10.1038/s41467-021-21488-7

La tecnologia è stata concessa in licenza da UNIGRID, una startup co-fondata dal professore di NanoEngineering della UC San Diego Zheng Chen; Erik Wu, un dottorato di ricerca. alunno del gruppo di ricerca di Meng; e Darren H.S. Tan, uno dei dottori di Meng. studenti. Meng è il consulente tecnico dell'azienda.

Il finanziamento per sostenere questo lavoro è stato fornito dall'Energy & Biosciences Institute attraverso il programma EBI-Shell e NSF.