鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子傳輸機(jī)理揭示
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授課題組用球差校正透射電鏡直接觀測(cè)到了一種奇特的非周期性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)盡管只有一個(gè)原子層厚，卻能對(duì)鋰離子的傳輸產(chǎn)生顯著影響，從而成為除了晶界、點(diǎn)缺陷以外的又一類需要受到固態(tài)鋰電池研究者密切關(guān)注的非周期性結(jié)構(gòu)。研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
全固態(tài)鋰電池因兼具安全性和高能量密度成為當(dāng)前電池研究的熱點(diǎn)，而成功構(gòu)筑這一電池的關(guān)鍵在于找到合適的固態(tài)電解質(zhì)。為了有針對(duì)性地設(shè)計(jì)具備高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)，必須先充分理解其中鋰離子的傳輸機(jī)理。
研究人員通過球差校正透射電鏡對(duì)經(jīng)典固態(tài)電解的觀測(cè)，研究者發(fā)現(xiàn)了大量單原子層缺陷，并且這些缺陷相互之間會(huì)形成閉合回路。綜合分析表明，盡管這些缺陷只有一個(gè)原子層厚，它的特殊原子構(gòu)型卻可以徹底阻止鋰離子穿過。當(dāng)這些缺陷相互結(jié)合形成閉環(huán)時(shí)，被封閉體積中的鋰離子將無法逃離，而其外部的鋰離子也無法進(jìn)入，從而使得這部分材料實(shí)質(zhì)上無法參與離子傳輸。電鏡觀測(cè)已證實(shí)該現(xiàn)象在樣品中大量存在，這種固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率將因此下降約1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。研究者把這種獨(dú)特的非周期性結(jié)構(gòu)命名為“單壁鋰阱”。如果能減少甚至避免單壁鋰阱的形成，離子電導(dǎo)率將獲顯著提升。
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