第698章 徐川:我对钱不感兴趣~
材料领域的数学计算模型,其实并不罕见。
或者说,在如今的材料学,无论是化学材料领域还是物理材料领域,亦或者是生物材料学等各种复合的领域中,通过数学模型来计算各种交叉反应以及优化实验步骤早就不是一件稀奇的事情了。
川海材料研究所的化学材料模型,是徐川早些年研究人工sei薄膜的时候专门建立起来的东西。
但随着各种可控核聚变工程等各种‘大项目’的开展,别说这个化学材料模型了,就是川海材料研究所都快被他忘的差不多了。
没想到这一次的锂硫电池突破,似乎和被他遗忘的化学材料模型有关。
看着报告文件上的资料和数据,徐川饶有兴趣的抬起头,看向樊鹏越,开口道:“和我详细聊聊你们最后解决硫材料问题的方法和过程吧。”
虽然这些东西在邮箱中有发,但他来的比较匆忙,没时间细看。
樊鹏越点了点头,咳了一下清了清嗓子开口道。
“锂硫电池的突破,主要点在于硫的一种同素异形体的发现。”
“在无数次的实验中,锂电池研发部门一名叫做曹毅然的科研人员试图将硫和碳纳米材料结合起来,进而限制硫在电解质中危险效应。”
“实验虽然没有成功,但却意外的在实验电池中发现了一种硫结晶。”
“这种硫结晶是一种硫单质,叫做‘单斜伽马相硫’,是硫的同素异形体之一。”
“一开始的时候也没人在意,毕竟锂硫电池中的硫化合物形成是很常见的事情,硫的同素异形体虽然少见,但并不是不可能形成。”
“直到后续的充放电实验进行时,通过大数据分析工具才发现,这种‘单斜伽马相硫’竟然不与碳酸盐电解质反应,可以消除了形成多硫化物的风险”
樊鹏越简单的解释了一下起因经过,徐川微蹙着眉头,有些诧异的问道:“如果我没记错的话,‘单斜伽马相硫’在在95°c下的环境中并不会稳定的存在吧?”
硫的同位素和同素异形体很多,‘单斜伽马相硫’就是同素异形体中的一种。
这种同素异形体并不是什么新的发现,早在上个世纪开采石油的时候,科学家就在天然的原油矿中发现了这种物质。
不过对于材料学来说,每年发现或在实验室中合成制造出来的新物质何止成百上千。
别的不说,硫的同素异形体已经发现和命名的就多达几十种,一种早就发现过的硫结晶,自然很难引起科研人员的注意力。
不过后续的发现,它不与碳酸盐电解质反应,可以消除了形成多硫化物风险的价值足够值得投入资金建立项目进行研究了。
正如徐川所预料的一般,沙发对面,樊鹏越点了点头,开口说道。
“的确,‘单斜伽马相硫’的稳定性的确是个很大的问题,但是它的价值足够值得投入资金建立项目进行研究了。”
“因此后续锂硫电池研究部建立了一个专项小组,对‘单斜伽马相硫’进行深入化的研究,了解它在室温下保持稳定的单斜晶硫生成背后的确切机制。”
徐川点点头,没有说话继续听着。
这才是传统材料实验室的正常研发步骤之一,通过实验累计数据,发现异常,针对性检查,确认有无价值,无价值就排除,有价值就后续再进行投入。
对面,大师熊则继续简略的解释着:“不过寻找‘单斜伽马相硫’室温稳定的机制很难,到现在都没什么进展。”
“而解决这个问题的核心,在于材料计算模型。”
顿了顿,樊鹏越喝了口水润了下嗓子,接着道:“在‘单斜伽马相硫’发现后,按照研究所的传统习惯,我们将它的各种性质和属性数据录入进了你之前建立的那个化学材料计算模型里面。”
“后面模型更新后,通过超算对材料进行了稳定性的模拟组合,结果还真让我们找到了稳定‘单斜伽马相硫’的材料”
徐川翻阅着手中的报告文件,在里面看到了稳定‘单斜伽马相硫’的材料。
意外又在意料之中的物质碳材料中‘石墨’!
万能的碳材料,在这一刻又双叒叕派上了用场。
当然,这次上场的并不止它一个,除了碳材料以外,还有氮和钠材料。
事实上,因为碳具有很强的结合能力,可以与元素形成稳定的键,从而构成有机分子的机理,使用各种碳材料,如石墨烯,碳纳米管等材料来进行各种化合物之间的稳定是很常见的事情。
在锂硫电池中,使用碳材料来稳定硫的性质也一直都是各大实验室和研究机构的主要研究方向之一。
如果是在其他领域,或许其他实验室早就成功了。
但在电池领域,就完全不同了。
众所周知,完整石墨晶格的非极性表面与极性多硫化物的相互作用较弱,会导致臭名昭著的穿梭效应和较差的硫转化动力学。
在锂电池中,这都是无法接受的缺陷,会分别导致电池可能出现高温自燃爆炸和电池容量降低,充放电效率降低等风险。
这两项,可以说是刚好卡在了电池的命门上。
也导致了碳材料,至少石墨材料在锂硫电池中的前景算不上多么的光明。
但是在化学材料计算模型的模拟验算中,石墨材料却是重要的组成部分。
通过超算的助力,化学材料计算模型分析出了稳定‘单斜伽马相硫’的材料。
简单的来说,通过在石墨晶格中设计了五边形缺陷,以打破π-共轭的完整性,使局部电子分布同时增强多硫化物的亲和力并加速硫转化动力学。
而dft计算表明,与完整的石墨晶格相比,五边形缺陷可以打破-共轭的完整性,诱导局部电子分布,从而促进多硫化物的亲和性,降低硫转化障碍,进而从而提高锂硫电池的储能性能。
不止如此,在实验的过程中,川海材料研究所还发现,在实验锂硫电池中,即便是在充放电的反应体系中,有限的生成了lisn(n>2)化合物这种会破坏电解液的物质,也会因为五边形缺陷的碳材料表面吸附作用而聚集起来,累积在正负极的骨架附近。
这也间接的抑制了锂硫材料中的硫材料穿梭效应,解决了碳材料在锂硫电池中最大的缺陷。