研究人員為固態電池尋找的優質材料——鈉，磷，錫和硫組成的四方晶體結構

來自賓夕法尼亞州立大學機械與核工程專業的博士後研究人員Zhaoxin Yu正在組裝電池

賓夕法尼亞州立大學和太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員稱，新發現的鈉基材料的可用作固態電池的電解質。研究小組正在使用迭代設計方法對材料進行微調，他們希望這種方法可以減少從研究到日常使用的時間。

電解液是電池的三個主要組成部分之一，它負責傳輸帶電離子。當電池的其他兩部分(陽極和陰極)在電路中連接時，就會產生電流。

智能手機、電腦和其他電子產品中的大多數可充電電池都使用液態鋰基電解質。「液態電解質由於是易燃的，具有安全隱患」，賓夕法尼亞州立大學機械工程副教授王東海解釋說，「這一直是我們為固態電池尋找的優質材料的動力。」

該團隊尋找的新材料是由鈉，磷，錫和硫組成的具有四方晶體結構的材料。它也存在缺陷，又或者是某些鈉、錫和硫原子原本就存在缺陷，同時它能通過這些缺陷傳輸離子。

因為鈉金屬比鋰豐富的多，所以鈉離子電池的生產成本要比鋰離子電池成本低得多，並且鈉離子電池更加安全。

「我們的材料具有寬的電壓窗口以及較高的熱穩定性，」賓州州機械和核工程博士後研究員Zhaoxin Yu說：「當液體電解質加熱至150°C（302°F）時，電解質會著火或釋放大量熱量，會損壞電池組件，而我們發現的材料需要加熱到400°C（752°F）才會出現類似現象。」

在Nano Energy的一篇文章中研究人員指出，他們的材料在室溫下的電導率僅為現在使用的液態電解質的10%，但重要的是他們發現了晶體結構中內部缺陷的具體構造。

賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程研究教授Shun-Li Shang說：「我們發現的這種材料的新結構也啟發我們，創造先進的鈉離子超離子導體的新途徑。」

該團隊在Wang的實驗室中組裝並測試了這種新電池，這個實驗室是賓夕法尼亞州立大學電池和儲能技術中心的一部分。通過協同設計，研究人員已經能夠識別不同的晶體結構，以及材料中的不一致性是如何影響電池的性能。

「如果你沒有這套工具，就很難取得突破性進展。」賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程系教授Zi-Kui Liu這樣說，「我們使用計算和實驗相結合的方法來分析材料性能不同的原因。這將使下一次設計的電池速度更快，因為我們知道我們要控制什麼來加強離子運輸。」

該團隊的一部分建模工作是在賓夕法尼亞州立大學網路科學研究所主辦的超級計算機上進行的。

原文來自：materialstoday，原文題目：Defects help create perfect structure for solid-state electrolyte，由材料科技在線團隊翻譯整理。

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