Mekanokimyasal Olarak Düzensiz Oksihalojenür Süperiyonik İletkenliğin Kilidini Açıyor
| Jerry Huang
Editörün notu: Katı elektrolitler, tamamen katı haldeki lityum pillerin (ASSLB'ler) temel bileşenidir. Doğal güvenlikleri nedeniyle, katı hal piller son derece cazip enerji depolama çözümleridir, ancak gelişimleri gelişmiş katı elektrolitlerdeki atılımlara bağlıdır. Şu anda üç ana aile mevcuttur: inorganik elektrolitler (oksitler, sülfürler ve halojenürler dahil), organik polimer elektrolitler (en yaygın olarak poli(etilen oksit), PEO) ve ikisini birleştiren kompozit sistemler. İşte Collège de France'da Jean-Marie Tarascon liderliğindeki ekibin yeni bir araştırması. İnorganik katı elektrolitler, yüksek iyonik iletkenliği, mükemmel termal kararlılığı ve yüksek Li⁺ transfer sayısını bir araya getirir; bu nedenle giderek artan bir ilgi görmektedir ve kompozit katı elektrolitlerin geliştirilmesi için temel taş olarak kabul edilmektedir. Deneyler ve hesaplamalar, süperiyonik taşımayı [Ta₂OCl₁₀]²⁻ dimerlerinin düzensizliğine, Li⁺ göç bariyerinin azalmasına ve Li⁺ difüzyon yollarının gelişmiş uzamsal bağlantısına bağlamaktadır. Çift katmanlı elektrolit NMC811 tam hücreleri, 1C'de 700'den fazla döngüyü desteklerken, aynı zamanda bu malzemenin pratik bir sınırlamasını da vurgulamaktadır: yetersiz indirgeyici kararlılığı, bu da anotun arayüzey korumasını gerektirmektedir. Ningbo Doğu Teknoloji Enstitüsü'nden Akademisyen Xueliang Sun ekibinin daha önceki bir araştırması, oksihalojenür tasarımında başka bir kristal olan Li3Ta3O4Cl10 kullanarak yüksek iyonik iletkenliği ortaya koymuştu. ASSB tasarımlarında umut vadeden süperiyonik iletkenler ortaya koyan tüm araştırmacılara teşekkür ederiz.
Soyut
Tamamen katı haldeki lityum metal piller (ASSB'ler), geleneksel lityum iyon teknolojisinin enerji yoğunluğu sınırlarını aşmak için umut vadeden bir yol sunmaktadır. Bununla birlikte, ticarileştirilmeleri, arayüzey kararsızlığı, kimyasal-mekanik bozulma ve mevcut katı elektrolitlerin sınırlı iyonik iletkenliği nedeniyle engellenmektedir; bu da özellikle lityum oksihalidler arasında yeni hızlı iyon iletkenleri arayışını tetiklemektedir. Burada, basit bir düşük sıcaklık yöntemiyle sentezlenen yeni bir lityum tantal oksiklorür olan Li2Ta2OCl10'u rapor ediyoruz. Malzeme, izole edilmiş [Ta2OCl10]2− dimerlerinden oluşan triklinik bir yapıda kristalleşir ve oda sıcaklığında 0,002 mS.cm−1 iyonik iletkenlik sergiler. Bilyalı öğütme, Li+ taşınımını önemli ölçüde artırarak iletkenliği 5000 kat artırarak 11 mS.cm−1'e çıkarırken, aktivasyon enerjisini 0,46 eV'den 0,27 eV'ye düşürmektedir. Yapısal, spektroskopik ve hesaplamalı analizlerin birleşimi, bu iyileşmenin oldukça düzensiz, sıvı benzeri bir Li+ alt kafesinin oluşumundan kaynaklandığını ortaya koymaktadır. Li2Ta2OCl10 ayrıca LixIn'e göre 1,89–3,70 V'luk bir kararlılık aralığı sergilemekte ve düşük polarizasyonlu ve mükemmel kapasite tutma özelliğine sahip (1C'de 700 döngüde %20'den az azalma) ASSB'ler sağlamaktadır. Bu sonuçlar, Li2Ta2OCl10'u umut vadeden bir süperiyonik iletken olarak ortaya koymakta ve Li–M–O–Cl ailesini yeni nesil katı elektrolitler için verimli bir tasarım alanı olarak vurgulamaktadır.
Referanslar
https://doi.org/10.1002/aenm.71736
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt9678