科研進展

深圳先進院等提出離子超導新機制及固態電解質設計新思路

時間:2020-03-09  來源:材料所(籌)光子信息與能源材料研究中心 文本大小:【 |  | 】  【打印

  36日,中國科學院深圳先進技術研究院光子信息與能源材料研究中心助理研究員陸子恒與香港科技大學機械工程系教授Francesco Ciucci合作,提出固態電解質中離子超導的新機制并設計了新型低維反鈣鈦礦固態電解質。相關結果以"Superionic Conduction in Low-Dimensional-Networked Anti-Perovskites"(低維反鈣鈦礦中的離子超導現象)為題在線發表于Energy Storage MaterialsDOI: 10.1016/j.ensm.2020.03.005, CiteScore: 15.05),陸子恒為第一作者,Francesco Ciucci是通訊作者。 

  固體陽離子的快速傳輸對于多種固態器件至關重要,其中最為突出的就是固態電池。作為有望替代現有鋰離子電池的下一代高比能、高安全儲能技術,固態電池受到了學界和產業界的廣泛關注。當前,固態電池的核心痛點之一是固態電解質的低離子電導率,其限制了固態電池在室溫下的輸出功率,也因此限制了固態電池的實際使用。目前,設計具有高離子電導率的固態電解質材料是固態離子學的核心課題之一,也是公認的難題。 

  受到光伏領域低維有機無機反鈣鈦礦的啟發,團隊提出了一種由基本“結構單元”逐層構建不同維度反鈣鈦礦晶體固態電解質的設計思路。團隊研究發現,低維結構中的聲子軟化現象能夠引起鋰離子的快速輸運。在此基礎上,團隊預測二維及二維以下的反鈣鈦礦不僅具有極高穩定性,還具有接近液態電解質的離子電導率(10 mS cm-1)。目前團隊正在積極合成這類材料并已取得一定進展。

    本研究提出的由結構模板逐步搭建固態電解質的設計思路及聲子軟化致離子超導機制對下一代固態電池中關鍵材料的設計有重要指導作用。

    論文鏈接

基于基本“結構單元”的固態電解質模板化設計示意圖(左)與新型低維反鈣鈦礦結構固態電解質晶體結構(右) 

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