研究人员说，一种分析和设计新型离子导体(可充电电池的关键部件)的新方法可能会加速高能锂电池以及燃料电池等其他能量存储和传输设备的发展。
新方法依赖于理解振动通过锂离子导体的晶格的方式移动，并将其抑制离子迁移的方式相关。这提供了一种方法来发现具有增强的离子移动性的新材料，允许快速充电和放电。同时，该方法可用于降低材料与电池电极的反应性，这可以缩短其使用寿命。这两个特征 - 更好的离子迁移率和低反应性 - 往往是相互排斥的。
这个新概念是由W.M. Keck能源教授Yang Shao-Horn、研究生Sokseiha Muy、刚毕业的John Bachman 17号博士、研究科学家Livia Giordano以及麻省理工学院、橡树岭国家实验室、东京和慕尼黑机构的其他9人领导的团队开发的。他们的研究结果发表在该杂志上能源与环境科学．
新的设计原则在制作中已经大约五年了，邵霍恩说。初步思考始于她和她的团体已经习惯了解和控制水分裂催化剂，并将其施加到离子传导 - 这一过程不仅是可充电电池的心脏，而且还有燃料等其他关键技术细胞和脱盐系统。虽然电子具有负电荷，但是从电池的一个杆流到另一个（因此为器件提供电力），正离子通过电解质或离子导体流动，通过电解质或离子导体夹在那些杆之间，以完成流动．
一般来说，电解液是液体。溶解在有机液体中的锂盐是当今锂离子电池常用的电解质。但这种物质是易燃的，有时会导致电池着火。人们一直在寻找一种固体材料来替代它，从而消除这个问题。
邵喇叭表示，存在各种承诺的固体离子导体，但无锂离子电池中的正极电极和负极稳定。因此，寻找具有高离子电导率和稳定性的新的固体离子导体至关重要。但是，通过许多不同的结构家庭和组合物来排序，以找到最有希望的是大海捞针问题的经典针。这就是新设计原则进来的地方。
这个想法是要找到一种材料，它的离子导电性与液体相当，但又具有固体的长期稳定性。团队问:“基本原理是什么?”在一般的结构层面上，控制期望属性的设计原则是什么?”Shao-Horn说。研究人员说，理论分析和实验测量的结合现在已经得出了一些答案。
“我们意识到有很多可以被发现的材料，但没有理解或常见的原则，使我们能够合理化发现过程，”纸张的主要作者Muy说。“我们想出了一个可以封装我们的理解和预测哪些材料中最好的想法。”
关键是看这些固体材料的晶格结构的晶格性能。这管理了如何如何振动，例如热量和声音，称为声子，通过材料。这种观察结构的新方法，允许准确地预测材料的实际属性。“一旦你知道[给定材料的振动频率]，你可以用它来预测新的化学或解释实验结果，”邵霍恩说。
研究人员观察了使用模型和锂离子导体材料的导电性测定的晶格性能之间的良好相关性。她说：“我们做了一些实验来支持这个想法”并发现结果匹配良好。
特别地，它们发现锂本身的振动频率可以通过调整其晶格结构来微调，使用化学取代或掺杂剂来巧妙地改变原子的结构排列。
研究人员说，这种新概念现在可以为开发新的、性能更好的材料提供强有力的工具，这种材料可以极大地提高给定尺寸或重量的电池所能存储的电量，并提高安全性。他们已经用这种方法找到了一些有前途的候选人。该技术也可以用于分析用于其他电化学过程的材料，如固体氧化物燃料电池、膜基脱盐系统或氧气生成反应。
该团队包括麻省理工学院的浩湖昌;Douglas Abernathy，Dipanshu Bansal和Olivier Deliere在橡树岭;东京理工学院的Santoshi Hori和Ryoji Kanno;和Filippo Maglia，Saskia Lupart和彼得灯在慕尼黑BMW集团的研究电池技术。该工作得到了BMW，国家科学基金会和美国能源部的支持。
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