鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子傳輸機理揭示
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)盡管只有一個原子層厚，卻能對鋰離子的傳輸產(chǎn)生顯著影響，從而成為除了晶界、點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，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)。為了有針對性地設(shè)計具備高離子電導(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理。
研究人員通過球差校正透射電鏡對經(jīng)典固態(tài)電解的觀測，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形成閉合回路。綜合分析表明，盡管這些缺陷只有一個原子層厚，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，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質(zhì)上無法參與離子傳輸。電鏡觀測已證實該現(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個數(shù)量級。研究者把這種獨特的非周期性結(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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