什么樣高效的材料，以提高電池的速率性能呢
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-14 22:59
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Lithium-ion batteries have several advantages - they are rechargeable and have a wide range of applications. They are used in devices such as laptops and mobile phones, as well as hybrid and all-electric vehicles. Electric vehicle is an important technology to solve rural pollution and achieve clean and sustainable transportation, and plays an important role in solving the energy and environmental crisis. One disadvantage of lithium is that it is a limited resource. Not only is it expensive, but its annual output (technically) is limited (due to the drying process). Considering the increasing demand for battery drivers, especially electric vehicles, the need to find alternatives to lithium has become increasingly urgent. Lithium is cheap and abundant.
Sodium-ion batteries are an attractive alternative to lithium-ion batteries for a variety of reasons. Sodium is not a limited resource - it is abundant in the crust and seawater. In addition, under the appropriate crystal structure design, sodium-based components may produce faster charging time. However, sodium cannot be simply exchanged with lithium, which is used in current battery materials because it is a larger ion size and slightly different chemistry. Therefore, researchers need to find the best sodium ion battery material through trial-and-error method among a large number of candidate materials.
Nitech scientists have found a reasonable and effective way to solve this problem. About 4300 compounds were extracted from the crystal structure database and calculated with high throughput. One of the compounds obtained good results, so it is a promising candidate for sodium ion battery components. Researchers have found that Na2V3O7 has good electrochemical properties, crystal and electronic structure. The compound has fast charging performance and can charge stably within 6 minutes. Researchers also proved that the compound has long battery life and short charging time.
"Our goal is to address the biggest obstacle faced by large batteries in applications such as electric vehicles that rely heavily on long-term charging. We solve this problem through a search that will produce sufficiently efficient materials to improve the rate performance of batteries.
Although Na2v3o7 has good characteristics and expected effects on sodium ion batteries as a whole, the researchers found that Na2v3o7 deteriorated during the final charging stage, which limits the actual storage capacity to half of the theoretical storage capacity. Therefore, in their future experiments, researchers are committed to improving the performance of the material in order to maintain stability throughout the charging stage. Our ultimate goal is to establish a method that enables us to design battery materials effectively by combining computational and experimental methods.鋰離子電池有幾個(gè)好處——它們是可充電的，應(yīng)用范圍很廣。它們被用于筆記本電腦和手機(jī)等設(shè)備，以及混合動(dòng)力和全電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車是解決農(nóng)村污染和實(shí)現(xiàn)清潔可持續(xù)交通的重要技術(shù)，在解決能源和環(huán)境危機(jī)方面發(fā)揮著重要作用。鋰的一個(gè)缺點(diǎn)是它是一種有限的資源。不僅價(jià)格昂貴，而且其年產(chǎn)量（技術(shù)上）有限（由于干燥過程）?？紤]到對(duì)電池驅(qū)動(dòng)裝置尤其是電動(dòng)汽車的需求不斷增加，尋找鋰的替代品的需求變得越來越迫切，鋰既便宜又豐富。
由于多種原因，鈉離子電池是鋰離子電池的一種有吸引力的替代品。鈉不是一種有限的資源——它在地殼和海水中都很豐富。此外，在適當(dāng)?shù)木w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，鈉基組分有可能產(chǎn)生更快的充電時(shí)間。然而，鈉不能簡單地與鋰交換，鋰用于目前的電池材料，因?yàn)樗且粋€(gè)較大的離子尺寸和略有不同的化學(xué)。因此，研究人員需要在大量的候選材料中，通過試錯(cuò)法尋找最佳的鈉離子電池材料。
Nitech的科學(xué)家們已經(jīng)找到了解決這個(gè)問題的合理而有效的方法。從晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中提取約4300種化合物，并對(duì)其進(jìn)行高通量計(jì)算后，其中一種化合物獲得了良好的結(jié)果，因此是鈉離子電池組分的一個(gè)很有前景的候選化合物。研究人員發(fā)現(xiàn)，Na2V3O7具有良好的電化學(xué)性能以及晶體和電子結(jié)構(gòu)。該化合物具有快速充電性能，能在6分鐘內(nèi)穩(wěn)定充電，研究人員還證明了該化合物具有較長的電池壽命和較短的充電時(shí)間。
“我們的目標(biāo)是解決大型電池在電動(dòng)汽車等嚴(yán)重依賴長時(shí)間充電的應(yīng)用中面臨的最大障礙。我們通過一項(xiàng)搜索來解決這個(gè)問題，該搜索將產(chǎn)生足夠高效的材料，以提高電池的速率性能。”
盡管Na2v3o7具有良好的特性和對(duì)鈉離子電池的總體預(yù)期影響，但研究人員發(fā)現(xiàn)，在最后的充電階段，Na2v3o7發(fā)生了劣化，這將實(shí)際存儲(chǔ)容量限制在理論存儲(chǔ)容量的一半。因此，在他們未來的實(shí)驗(yàn)中，研究人員致力于提高這種材料的性能，以便在整個(gè)充電階段保持穩(wěn)定。”我們的最終目標(biāo)是建立一種方法，使我們能夠通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來有效地設(shè)計(jì)電池材料。リチウムイオン電池にはいくつかの利點(diǎn)があります。それらは充電可能で、応用範(fàn)囲が広いです。ノートパソコンや攜帯電話などの設(shè)備に使われ、ハイブリッドや全電気自動(dòng)車に使われています。電気自動(dòng)車は農(nóng)村の汚染を解決し、クリーンで持続可能な交通を?qū)g現(xiàn)する重要な技術(shù)であり、エネルギーと環(huán)境危機(jī)を解決する上で重要な役割を果たしています。リチウムの欠點(diǎn)は限られた資源であることです。価格が高いだけでなく、その年の生産量（技術(shù)的に）も限られています。バッテリー駆動(dòng)裝置、特に電気自動(dòng)車の需要が増えていることを考慮して、リチウムの代替品を探す需要がますます切実になり、リチウムは安くて豊富です。
様々な理由から、ナトリウムイオン電池はリチウムイオン電池の魅力的な代替品です。ナトリウムは限られた資源ではありません。地殻と海水の中で豊富です。さらに，適切な結(jié)晶構(gòu)造設(shè)計(jì)の下で，ナトリウムベース成分はより速い充電時(shí)間を生成する可能性がある。しかし、ナトリウムは簡単にリチウムと交換できません。リチウムは現(xiàn)在の電池材料に使用されています。したがって、研究者は大量の候補(bǔ)材料の中で、最適なナトリウムイオン電池材料を試行錯(cuò)誤法により探す必要がある。
Nitechの科學(xué)者たちはもうこの問題を解決する合理的で効果的な方法を見つけました。結(jié)晶構(gòu)造データベースから約4300種類の化合物を抽出し、高スループット計(jì)算を行った後、1つの化合物が良好な結(jié)果を得たので、ナトリウムイオン電池成分の有望な候補(bǔ)化合物である。研究者はNa 2 V 3 O 7が良好な電気化學(xué)性能と結(jié)晶と電子構(gòu)造を有することを発見した。この化合物は急速な充電性能を持ち、6分間で安定的に充電できます。研究者はまた、この化合物が長い電池壽命と短い充電時(shí)間を持つことを証明しました。
「私たちの目標(biāo)は、大型電池が電気自動(dòng)車などの深刻な充電に依存するアプリケーションで直面する最大の障害を解決することです。バッテリーのレート性能を向上させるために十分に効率的な材料を生成する検索によってこの問題を解決した。
Na 2 v 3 o 7は良好な特性とナトリウムイオン電池に対する全體的な予想効果を有しているが、研究者は最後の充電段階でNa 2 v 3 o 7が劣化し、これは実際の記憶容量を理論的な記憶容量の半分に制限することを発見した。したがって、彼らの將來の実験では、研究者はこのような材料の性能を向上させ、全體の充電段階で安定させることに努めている。我々の最終目標(biāo)は，電池材料を効率的に設(shè)計(jì)するための計(jì)算と実験を組み合わせた方法を確立することである。
