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AEM：受石榴石和NASICON結(jié)構(gòu)啟發(fā)的氧化鋰超離子導(dǎo)體

由鋰超離子導(dǎo)體 (SIC) 組成的固體電解質(zhì)是鋰固態(tài)電池 (SSB) 的關(guān)鍵部件。與硫化物相比，氧化鋰SIC具有更高的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，最近的研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在基于石榴石和 NASICON（鈉超離子導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)家族中的材料方面。

在此，加州大學(xué)伯克利分校Gerbrand Ceder等人基于特征計(jì)算搜索策略大規(guī)模搜索新的氧化鋰SIC和新的結(jié)構(gòu)框架。作者首先重新審視鋰石榴石和NASICON結(jié)構(gòu)中的離子傳導(dǎo)機(jī)制，并確定3D滲透鋰擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)的“激活的局部環(huán)境”是實(shí)現(xiàn)超離子傳導(dǎo)的關(guān)鍵因素。

通過將這些因素轉(zhuǎn)化為三個(gè)結(jié)構(gòu)特征，能夠在無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫 (ICSD) 中進(jìn)行高通量篩選識(shí)別具有適合快速鋰離子運(yùn)動(dòng)的鋰位點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

圖1. 描述氧化鋰SIC的計(jì)算篩選程序的流程圖

此外，作者使用從頭計(jì)算分子動(dòng)力學(xué) (AIMD) 模擬更詳細(xì)地評(píng)估了有希望的結(jié)構(gòu)的離子電導(dǎo)率。通過這次搜索，作者確定了7種具有高室溫離子電導(dǎo)率的有前途的氧化鋰SIC候選者。

它們的結(jié)構(gòu)框架，如尖晶石、氧-硫銀鍺礦、方鈉石和 LiM(SeO₃)₂等為豐富氧化鋰SIC的結(jié)構(gòu)家族開辟了新的機(jī)會(huì)。

圖2. 簡短AIMD模擬結(jié)果

Lithium Oxide Superionic Conductors Inspired by Garnet and NASICON Structures, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101437

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