来自劳伦斯伯克利实验室和佛罗里达州立大学的一个团队设计了一种新的固态电池蓝图，这种电池较少依赖特定的化学元素，特别是由于供应链问题而难以获得的关键金属。最近发表在《Science》杂志上的这项研究，可能会推动高效且价格合理的固态电池的发展。
固态电池因其高能量密度和优越的安全性而被吹捧，可能会成为电动汽车行业的游戏规则改变者。但长期以来，开发出一种价格实惠、导电能力强、一次充电就能驱动汽车行驶数百英里的电池一直是一个需要克服的挑战性障碍。
研究人员说：“我们的工作是第一个解决这个问题的工作，通过设计一种固体电解质，而不仅仅是一种金属，而是一组负担得起的金属。”
在锂离子电池中，电解液就像一个传输中心，锂离子带着电荷移动，为设备供电或为电池充电。
与其他电池一样，固态电池储存能量，然后将其释放给设备供电。但他们使用的不是锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质，而是固体电解质。
在目前的研究中，研究团队展示了一种由多种金属元素混合组成的新型固体电解质。这种新材料可能会产生一种导电性更强的固体电解质，这种电解质对大量单个元素的依赖性更小。
在伯克利实验室和加州大学伯克利分校的实验中，研究人员通过合成和测试多种混合金属的锂离子和钠离子材料，展示了新型固体电解质。
他们观察到，新的多金属材料的表现比预期的要好，显示出的离子电导率比单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路径——就像在拥挤的高速公路上增加高速公路一样——锂离子可以通过这些路径快速穿过电解质。研究人员解释说，如果没有这些通道，锂离子在电解质中从电池的一端移动到另一端时，移动将会缓慢而有限。
为了验证多金属设计的候选材料，研究人员在超级计算机上基于一种称为密度泛函理论的方法进行了高级理论计算。利用扫描透射电子显微镜，研究人员证实每种电解质仅由一种材料构成——科学家称之为“单相”——不同寻常的扭曲导致其晶体结构中出现新的离子传输途径。
这项研究的下一步是应用该研究团队开发的新方法，进一步探索和发现可以进一步提高电池性能的新型固体电解质材料。
