中性子が 居場所を支配するケージフリーリチウムイオン(Neutrons rule the roost for cage-free lithium ions)

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2024-04-16 オークリッジ国立研究所(ORNL)

国際チームの科学者は、リチウム電池のデザインを改善し、より安全で高性能な電池を生産する方法を見つけました。  オークリッジ国立研究所での研究で、リチウム塩と有機ポリマー電解質の混合物について、1ナノ秒の時間スケールを設定しました。ポリマー電解質は液体電解質よりも燃えにくく、リチウムイオンの動きを詳細に理解するための新しい手法を開発しました。

<関連情報>

リチウム電池用ポリマー電解質におけるナノ秒溶媒和ダイナミクス Nanosecond solvation dynamics in a polymer electrolyte for lithium batteries

Neel J. Shah,Chao Fang,Naresh C. Osti,Eugene Mamontov,Xiaopeng Yu,Jaeyong Lee,Hiroshi Watanabe,Rui Wang & Nitash P. Balsara
Nature Materials  Published:27 February 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-024-01834-y

extended data figure 1

Abstract

Solvation dynamics critically affect charge transport. Spectroscopic experiments and computer simulations show that these dynamics in aqueous systems occur on a picosecond timescale. In the case of organic electrolytes, however, conflicting values ranging from 1 to several 100 picoseconds have been reported. We resolve this conflict by studying mixtures of an organic polymer and a lithium salt. Lithium ions coordinate with multiple polymer chains, resulting in temporary crosslinks. Relaxation of these crosslinks, detected by quasielastic neutron scattering, are directly related to solvation dynamics. Simulations reveal a broad spectrum of relaxation times. The average timescale for solvation dynamics in both experiment and simulation is one nanosecond. We present the direct measurement of ultraslow dynamics of solvation shell break-up in an electrolyte.

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