如果電池可以在幾秒鐘內完成充電、儲存更多能量、使用壽命更長,并且總體上更安全,生活將變得更加輕松。目前,高效固態電池成為這一領域的熱門話題,許多汽車公司甚至承諾在未來的汽車中提供這種電池。據外媒報道,國際多元化團隊通過全面分析獲得新見解,其中揭示了鈉超離子導體(NASICON)的機械性能與離子電導率之間的重要相關性。這些發現將成為寶貴的知識來源,有助于推動未來研究設計,從而促進現代能源技術的發展。
(圖片來源:東北大學)
NASICON是一種具有高導電性的晶體結構,非常適合電池等能源應用。為了充分提升性能、穩定性和安全性,平衡它們的機械性能和離子電導率十分重要。例如,改變一些因素可能會提高離子電導率,但會影響結構完整性,使NASICON變得不那么穩定。這些屬性之間必須保持微妙的平衡,才能實現完美的協同作用。
(圖片來源:東北大學)
日本東北大學(Tohoku University)Eric Jianfeng Cheng表示:“我們發現最重要的因素是相對密度。當研究人員增加NASICON的相對密度時,它不僅提高了離子電導率,還提高了機械強度。這是一個雙贏的局面。”
基于實驗結果和大量回顧現有研究,研究人員提出使用先進的燒結技術(即加熱重塑和改造固體材料的過程)來實現鈉超離子導體的高相對密度,如火花等離子體燒結(SPS)。采取這種做法,可以有效地減少氣孔等缺陷。
相比之下,改變二次相和晶體結構等其他關鍵因素,需要仔細地進行權衡。增加晶粒尺寸會降低晶界電阻,從而提高離子電導率,但可能因孔隙率增加而破壞機械完整性。同樣,二次相的形成可以增強材料機械性能,但通常會阻礙離子傳輸。
(圖片來源:東北大學)
研究表明,提高相對密度可以同時提高離子和機械性能,這是通過改變其他因素而無法觀察到的協同作用。這種關系可以延伸到其他氧化物基固體電解質,例如石榴石Li7La3Zr2O12(LLZO),從而證明這些發現具有更廣泛的相關性。
通過提供優化機械和離子性能的清晰框架,這項研究可能有助于開發高性能固態電池,使NASICON成為下一代儲能技術的有前景材料。
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