研究人员开发高效多金属固态电解质 有助于降低固态电池的成本

据外媒报道，劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）和佛罗里达州立大学（Florida State University）的团队开发新的固态电池设计方法，可以减少使用特定化学元素，特别是储量稀少的关键金属。这项研究或将有助于实现高效且价格合理的固态电池。

（图片来源：伯克利实验室）

固态电池具有高能量密度和卓越的安全性，被电动汽车行业看好。然而，开发一种成本低且单次充电续航达数百英里的固态电池，具有挑战性。目前，许多固态电池都基于特定类型的金属，这些金属的价格昂贵且储量少。

伯克利实验室材料科学部的研究人员Yan Zeng表示：“新方法不必为了提高性能而增加成本。这项工作设计了一种固体电解质，不是仅含有一种金属，而是一组负担得起的金属。”

在目前的研究中，Zeng与佛罗里达州立大学、加州大学伯克利分校的研究人员展示了这种新型固体电解质。这种电解质由不同的金属元素混合组成，可能导电性更强，从而减少对大量单元素的依赖。

在实验过程中，研究人员整合和测试若干锂离子和钠离子电池材料，其中使用了多种混合金属。研究人员观察到，这种新型多金属材料的表现好于预期，其离子导电性比单一金属材料快几个数量级。离子电导率是衡量锂离子传导电荷的速度的指标。

研究人员推断，将许多不同类型的金属混合在一起会产生新的通道。通过这些通道，锂离子可以快速穿过电解质。这就像在拥挤的公路上增设高速公路一样。Zeng表示，如果没有这些通道，锂离子通过电解质从电池的一端移动到另一端时，将非常缓慢而有限。

为了验证多金属设计候选材料，研究人员在国家能源研究科学计算中心（NERSC）的超级计算机上，基于密度泛函理论进行了高级理论计算。在伯克利实验室的纳米科学用户设施分子铸造厂（Molecular Foundry），研究人员利用扫描透射电子显微镜（STEM）确认每种电解质仅由一种类型材料构成（研究人员称之为“单相”），具有不同寻常的扭曲状态，因此其晶体结构中会出现新的离子传输途径。

这一发现为设计下一代离子导体提供了新的机会。下一步研究人员将利用这种新方法，进一步探索和发现新型固体电解质材料，以提高电池性能。