杜克大学发现固态电池电解质和热能转换器吸引力选择

电动悟空摘录 据外媒报道，杜克大学（Duke University）研究团队及其合作伙伴发现了硫银锗矿（argyrodites）化合物的原子机制使其成为固态电池电解质和热能转换器的吸引力选择。

(图片来源:杜克大学)

这些发现和制造材料中使用的机器学习方法可能会促进家用电池墙和快速充电电动汽车储能应用的新时代。

Olivier，杜克大学机械工程与材料科学副教授 “这是一个以前从未被解决过的问题，因为这些材料的所有组成部分都非常大和复杂，”迪拉说。研究人员从原子层面梳理出相关机制，使这些材料成为固态电池创新领域的热门话题。”

目前使用的锂离子电池大多采用电解液。然而，由于电池效率相对较低，电解质有火灾和爆炸的可能性，远非理想的解决方案。理论上，固态电池更安全、更稳定、能量密度更高。其中一个主要竞争选项依赖于一种叫做硫银锗矿的化合物。这些化合物由稳定的晶体框架组成，由两种元素组成，第三种元素可以在化学结构中自由移动。银、锗、硫等元素虽然自然存在，但整体框架具有足够的灵活性，研究人员可以创造各种组合。

在这项研究中，该团队研究了由银、锡、硒(Ag8SnSe6)制成的有前途的候选材料。结合使用中子和X射线，研究人员从Ag8SnSe6样本的原子中弹出这些快速移动的粒子，以实时揭示其分子行为。Mayanak研究人员 Gupta还开发了一种机器学习方法来理解数据，并创建了一个计算模型，以匹配使用第一原理的量子力学模拟观测结果。

结果表明，锡和硒原子创造了一个相对稳定的支架，但远非静态。晶体结构不断弯曲，为带电银离子创造窗口和通道，使其在材料中自由移动。换句话说，锡和硒晶格保持固态，而银晶格几乎处于液态。Delaire说：“银原子有点像弹珠，在很浅的井底四处移动，发出嘎嘎声，似乎晶体支架并不牢固。这种材料介于液体和固体之间，是最令人惊讶的地方。”

也许更重要的是，研究人员可以通过将先进的实验光谱与机器学习相结合，在许多关键应用程序中加速锂离子电池的替代。据报道，这只是一系列研究项目之一，旨在研究由不同配方组成的各种有前途的硫、银、锗矿化合物。考虑到电动汽车电池的潜力，团队特别关注锂取代银的组合。

“许多材料有助于在电池中快速传导，也是热电转换器的良好隔热体，”迪拉说。因此，研究人员正在系统地研究化合物家族。该研究为相关的机器学习方法提供了基准，并在短短几年内取得了巨大的进展。这将有助于通过虚拟方式快速模拟新化合物，以找到最佳的化合物配方。”