Faststofkemiens rolle i udviklingen af ​​metalion-batterier

Professorer fra Skoltech Center for Energividenskab og Teknologi (CEST), Lomonosov Moscow State University og College de France delte deres vision om vigtigheden af ​​faststofkemi i de fremskridt, der i øjeblikket afventes fra nutidige og fremtidige metalion-batterier. Udtalelsen blev bidraget som en inviteret anmeldelse til Naturkommunikation .

Metalion-batterier er de vigtigste drivkræfter, der muliggør en smidig overførsel til vedvarende energi og grøn energi for en bæredygtig planet. De kunstfærdigt designede elektrodematerialer har i høj grad bidraget til udviklingen af ​​højtydende Li-ion-batterier, der til sidst blev præget af Nobelprisen 2019, hvilket havde betydet rollen faststofkemi. Målrettet design af nye metal-ion batterimaterialer for at bringe teknologien til næste niveau står klart som en stor udfordring for nutidens kemisamfund.

De individuelle egenskaber af atomer og ioner, der er kodet i det periodiske system, sammen med de grundlæggende tendenser og principper multipliceret med yderligere niveauer af kompleksitet, udgør en lang række mulige kombinationer for forskere til at finde nye batterielektroder. Naturligvis, forskerne har brug for solide retningslinjer, mens de søger gennem dette enorme parameterrum efter de bedste kemiske kombinationer og strukturer.

Anmeldelsen offentliggjort i Naturkommunikation opsummerer og forklarer de grundlæggende kemiske principper og opskrifter og diskuterer de seneste resultater opnået i design af elektrodematerialer og faste elektrolytter ved at manifestere samspillet mellem kemisk sammensætning, krystal og elektronisk struktur og elektrokemiske egenskaber. Forfatterne understregede den afgørende rolle af avancerede metoder:diffraktion, billeddannelses- og spektroskopiske karakteriseringsteknikker kombineret med faststofkemi-tilgange til forbedring af batterimaterialer, der åbner nye retninger for yderligere undersøgelser.

Professor Stanislav Fedotov siger, "I den nærmeste udsigt, vi forudser mere væsentlige opdagelser af funktionelle materialer muliggjort af faststofkemi. Alle studerende og forskere, der er ivrige efter at bidrage til udviklingen af ​​nuværende og kommende teknologier til at skabe en bedre verden, er velkomne til at tilmelde sig vores materialekemi-kurser leveret inden for materialevidenskab Master og Ph.D. uddannelser på Skoltech."

Professor Artem Abakumov, direktør for CEST, siger, "Med denne korte anmeldelse, vi demonstrerede, at bag tilsyneladende anvendt forskning rettet mod det specifikke produkt - metalion-batterier - gemmer sig et væld af grundlæggende videnskab. Rationelt design af avancerede elektroaktive materialer og solide elektrolytter til fremtidens batterier kræver dyb forståelse af krystalkemi, kemisk binding og elektronisk struktur af faste stoffer, ionisk transport, elektrokemi og up-to-date karakteriseringsteknikker kombineret med den brede vision, der stammer fra de tilstødende grene af faststofkemi. Kraftige beregningsmetoder materialedesign og opdagelse vil styrke forskere i den nærmeste fremtid, men de skal handle hånd i hånd med den videnskabelige visdom, som en mangefacetteret faststofkemi-tilgang bringer."