賓夕法尼亞州立大學和太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員稱，新發現的鈉基材料結構使這些材料可用作固態電池中的電解質。該團隊正在使用迭代設計方法對材料進行微調，他們希望這些方法能夠在研究到日常使用的過程中花費數年時間。

電解質是電池的三個主要部分之一，負責在固態電池中轉移帶電離子。一旦電池的另外兩個部分(陽極和陰極)連接在電路中，這就產生電流。

智能手機，計算機和其他消費電子產品中的大多數可充電電池使用液態鋰基電解質。

“液體電解質存在安全問題，因為它們易燃，”賓夕法尼亞州立大學機械工程副教授王東海說。“這一直是我們尋找用于固態電池的良好材料的驅動力。”

該團隊的新材料由鈉，磷，錫和硫組成，具有四方晶體形狀。它有缺陷，或某些鈉，錫和硫原子的空間，這些允許它轉移離子。

因為鈉比鋰更豐富，鈉離子電池的生產成本可能比鋰離子電池便宜得多。該材料使用起來也更安全。

“我們的材料具有寬電壓窗口和高熱穩定性，”賓夕法尼亞州立大學機械和核工程博士后研究員趙兆新說。“當您將液體電解質加熱到150攝氏度(302華氏度)時，它們會著火或釋放大量熱量，這可能會損壞其他電池或電子元件。我們的材料可以達到400攝氏度(752華氏度) “。

該團隊在納米能源報告稱，他們的材料的室溫離子電導率約為當今電池中液體電解質的十分之一。他們說，重要的發現是晶體結構中缺陷的具體配置。

賓夕法尼亞州立 大學材料科學與工程研究教授尚順利表示：“我們對這種新材料結構的發現也向我們展示了創造一系列先進鈉離子超離子導體的途徑。”

該團隊在Wang的實驗室中創建并測試了這種新電池，該實驗室是賓夕法尼亞州電池和儲能技術中心的一部分。通過他們的協作設計過程，該團隊已經能夠確定不同的晶體形成以及材料的不一致性如何影響其性能。

“如果你沒有這套工具，就很難取得突破，” 賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程系杰出教授劉子奎說。“我們使用計算和實驗的方法使我們能夠分析材料表現不同的原因。這將使下一輪設計的速度更快，因為我們知道需要控制什么才能增強離子傳輸。”

該團隊的一部分建模是在賓夕法尼亞州立大學網絡科學研究所主持的超級計算機上進行的。