研究固态钠电池的钠超离子导体

Josiah02

如果电池能在几秒钟内充电、储存更多能量、使用寿命更长、总体使用更安全，生活就会变得更轻松。因此，高效固态电池目前是该领域的热门话题，许多汽车公司甚至承诺在未来的汽车中提供这种电池。
一个由国际研究人员组成的多元化团队进行了全面的分析，揭示了有关钠超离子导体（NASICON）的机械性能和离子电导率之间的关键相关性的新见解。
该研究结果发表在《今日材料能源》杂志上，可能有助于设计未来的研究，推动现代能源技术的发展。
NASICON 是一种具有高导电性的晶体结构，非常适合电池等能源应用。平衡它们的机械性能和离子电导率对于最大限度地提高性能、稳定性和安全性至关重要。例如，一些变化可能会提高离子电导率，但会对结构完整性产生负面影响，使 NASICON 变得不那么稳定。所有属性之间必须保持微妙的平衡，才能达到“金发姑娘”级别的协同作用。
“我们发现最重要的因素是相对密度，”东北大学的 Eric Jianfeng Cheng 解释说，“当我们增加 NASICON 的相对密度时，它不仅提高了离子电导率，还提高了机械强度。这是一个双赢的局面。”
根据他们的实验结果和对现有研究的广泛回顾，研究人员建议使用先进的烧结技术——利用热量重塑和重新形成固体材料的工艺，例如放电等离子烧结 (SPS)——来实现钠超离子导体的高相对密度。通过这样做，可以有效减少孔隙和其他缺陷。
相比之下，改变其他关键因素（例如二次相和晶体结构）将导致重大的权衡。增加晶粒尺寸会降低晶界电阻，从而提高离子电导率，但可能会因孔隙率增加而损害机械完整性。同样，二次相的形成可以增强材料的机械性能，但通常会阻碍离子传输。
研究表明，提高相对密度可以同时提高离子和机械性能，这是其他因素无法观察到的协同作用。这种关系延伸到其他氧化物基固体电解质，例如石榴石 Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO)，证明了这些发现具有更广泛的相关性。
通过提供优化机械和离子特性的清晰框架，该研究可能有助于高性能固态电池的开发，使 NASICON 成为下一代储能技术的有前途的材料。