多尺度模型结合了微观结构(左)和原子(右)模拟，以了解固态电池材料中离子传输的障碍。功劳:布兰登·伍德、泰旭和塞布丽娜·万(Sabrina Wan/ LLNL)固体电解质可能会克服与传统锂离子和钠离子电池的窄电化学和热稳定性相关的关键技术障碍。然而，许多固体电解质——尤其是陶瓷——也存在循环不良的问题，并且在有效传输离子的能力方面受到限制。这些限制通常源于构成材料微观结构的界面和其他特征，而这些又取决于材料是如何加工的。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家与旧金山州立大学和宾夕法尼亚州立大学合作，开发了一套广泛的多尺度模拟能力，以帮助识别、评估和克服微观结构对固体电解质中离子传输的影响。这项研究发表在npj计算材料杂志上。
该论文的主要作者、LLNL科学家Tae Wook Heo表示:“我们已经提出了一种强大的新计算建模能力，不仅可以为储能研究社区，还可以为材料加工社区提供基础科学理解和实用设计指导。
在实际固态材料中不可避免地出现的微观结构特征——包括缺陷、结构无序和内部界面网络——对实际传输特性和电池寿命有重大影响。这些特征还引入了机械性能的不均匀性，这会对可循环性产生额外的影响。
在新的研究中，该团队希望更好地理解微观结构和离子传输特性之间的详细关系。据Heo称，这一知识对于开发保持高离子电导率的可行固体电解质材料的合成和加工途径至关重要。
“目前对固态电池和加工科学的兴趣使这项工作特别及时和有影响力，”LLNL项目负责人和合著者布兰登·伍德说。
新开发的多尺度建模框架能够通过将原子无序和异质性的原子模拟连接到包含晶界和其他界面的微观结构模型来获得前所未有的复杂性。由此产生的工具可以通过两种尺度探索接口对传输的影响，取代了缺乏结构细节的简单电路模型等传统方法。Heo说，新工具为解决陶瓷固体电解质中微结构重要性的长期争论提供了见解。研究人员能够量化谷物边界对离子传输的影响，并确定了与常见电池退化模式的可能关联。
LLNL的其他合著者包括玛丽莎·伍德、蒂姆·许、斯内哈·阿克哈德和(塞布丽娜)万。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
