固体电解质可以克服与传统锂(Li)离子和钠(Na)离子电池狭窄的电化学和热稳定性相关的关键技术障碍。然而，许多固体电解质——尤其是陶瓷——也存在循环不良问题和有效传输离子能力的限制。这些限制通常源于构成材料微观结构的界面和其他特征，而这又取决于材料的加工方式。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家与旧金山州立大学和宾夕法尼亚州立大学合作，开发了一套广泛的多尺度模拟能力，以帮助识别、评估和克服微观结构对固体电解质中离子传输的影响。该研究发表在npj计算材料杂志上。

LLNL科学家和主要作者TaeWookHeo说：“我们提出了一种强大的新计算建模能力，它不仅可以为储能研究界而且为材料加工界提供基本的科学理解和实用的设计指导。”的论文。

在实际固态材料中不可避免地出现的微观结构特征——包括缺陷、结构无序和内部界面网络——对实际的传输性能和电池寿命有重大影响。这些特征还引入了机械性能的不均匀性，这可能对可循环性产生额外的影响。

在新的研究中，该团队希望更好地了解微观结构和离子传输特性之间的详细关系。Heo表示，这些知识对于开发具有高离子电导率的可行固体电解质材料的合成和加工途径至关重要。

“目前对固态电池和加工科学的兴趣使得这项工作特别及时和有影响力，”LLNL项目负责人和合著者布兰登伍德说。

新开发的多尺度建模框架能够通过将原子无序和异质性的原子模拟连接到包含晶界和其他界面的微观结构模型来获得前所未有的复杂性。由此产生的工具可以通过两个尺度探索接口对传输的影响，取代传统方法，如缺乏结构细节的简单电路模型。Heo说，新工具为解决关于陶瓷固体电解质中微观结构重要性的长期争论提供了见解。研究人员能够量化晶界对离子传输的影响，并确定与电池退化常见模式的可能相关性。