新型钠离子电解质可用于固态电池

宾夕法尼亚州立大学和太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员称，新发现的钠基材料结构使这些材料可用作固态电池中的电解质。该团队正在使用迭代设计方法对材料进行微调，他们希望这些方法能够在研究到日常使用的过程中花费数年时间。

电解质是电池的三个主要部分之一，负责在固态电池中转移带电离子。一旦电池的另外两个部分(阳极和阴极)连接在电路中，这就产生电流。

智能手机，计算机和其他消费电子产品中的大多数可充电电池使用液态锂基电解质。

“液体电解质存在安全问题，因为它们易燃，”宾夕法尼亚州机械工程副教授王东海说。“这一直是我们寻找用于固态电池的良好材料的驱动力。”

该团队的新材料由钠，磷，锡和硫组成，具有四方晶体形状。它有缺陷，或某些钠，锡和硫原子的空间，这些允许它转移离子。

因为钠比锂更丰富，钠离子电池的生产成本可能比锂离子电池便宜得多。该材料使用起来也更安全。

“我们的材料具有宽电压窗口和高热稳定性，”宾夕法尼亚州立大学机械和核工程博士后研究员赵兆新说。“当你将液体电解质加热到150摄氏度(302华氏度)时，它们会着火或释放出大量热量，可能会损坏其他电池或电子元件。我们的材料可以达到400摄氏度(752华氏度) “。

该团队在纳米能源报告称，他们的材料的室温离子电导率约为当今电池中液体电解质的十分之一。他们说，重要的发现是晶体结构中缺陷的具体配置。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程研究教授尚顺利表示：“我们对这种材料新结构的发现也向我们展示了创造一系列先进钠离子超离子导体的途径。”

该团队在Wang的实验室中创建并测试了这种新电池，该实验室是宾夕法尼亚州电池和储能技术中心的一部分。通过他们的协作设计过程，该团队已经能够确定不同的晶体形成以及材料的不一致性如何影响其性能。

“如果你没有这套工具，就很难取得突破，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系杰出教授刘子奎说。“我们使用计算和实验的方法使我们能够分析材料表现不同的原因。这将使下一轮设计的速度更快，因为我们知道我们需要控制什么才能增强离子传输。”

该团队的一部分建模是在宾夕法尼亚州立大学网络科学研究所主持的超级计算机上进行的。