新型快速离子导体的突破丨固态锂电池的优势与核心挑战

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但是，无机晶体中锂离子的传输过程非常复杂，这是找到和设计低迁移势垒的离子导体的主要问题。这项研究发现，包含孤立阴离子的独特结构特征可以增强晶体离子导电性，从而为解决此问题带来新的光。

孤立阴离子：离子迁移的“隐形推手”千禧一代锂

最近的研究发现，晶体中一种特殊类型的孤立阴离子（例如S，Cl等）可以显着提高锂离子迁移的效率。这种类型的阴离子不与固定阳离子结合，而只能通过弱键通过移动的锂离子起作用。其独特的结构可以形成光滑的势能表面，从而减少锂离子迁移的能屏障。

关键机制：“笼形”通道围绕孤立的阴离子形成，锂离子可以在此类通道中迅速扩散。

实验验证：通过计算模拟（例如AIMD），发现孤立的阴离子主导的晶体（例如Lisise）在300K时具有高达010-59,000的离子电导率，与液体电解质相当。

锂银矿和不匹配的孤立阴离子引起

417 mS/cm千禧一代锂

基于上述机制，研究团队使用此想法从水晶数据库中筛选出四种类型的候选材料：

实验结果：高通量筛选与验证300时的电导率比传统材料高10倍，并且接近液体电解质。

硫基材料（如LiSiSe）：可以在室温下有效工作，适用于日常设备，例如手机。

氮-碘组合（如LiNI）：高温表现出色，适合在夏季快速充电电动汽车。

分子动力学仿真（AIMD）进一步证实，这些材料中的锂离子沿孤立的阴离子网络表现出“低屏障跳跃”特性，并且将迁移活化能降低了010-59,000。

通过高通量筛选发现了包含孤立阴离子的新导体

氯合金（如LiCrCl）：千禧一代锂

40%~60%

未来蓝图：从实验室到产业化的逻辑链条

基于孤立阴离子的固态电解质已展现出商业化潜力，下一步研发将聚焦三大方向：：使用硫（S），氯（CL）等地球元素来代替稀有金属，例如锗（GE），灯笼（LA），并将原材料成本降低超过1.材料优化。

低成本化材料对湿度和高温的耐受性通过掺杂卤素（例如br-，i-）或调节阴离子间距（45）来增强。

30%

稳定性提升：开发了滚动过程，以生产厚度小于20微米的固体电解质膜，适用于现有的电池生产线。

2.量产技术突破解决了电极和电解质之间的接触阻抗问题，使电池周期寿命超过薄膜制备：，目前约为500倍）。

界面优化：

2000次（目标能量密度>500 WH/kg，支持1000公里的范围，并且充电时间在15分钟内被压缩到15分钟内。

3.场景化应用电池量减少电动汽车：，手机可以实现“每周一次充电”，而无需燃烧和爆炸的风险。

消费电子：为风和光电储能开发长寿命（>20年）电解质，并且成本降至0.1 yuan/wh以下。

孤立的阴离子重写了固体电解质的基础逻辑。从实验室到大规模生产，这项技术将在5 – 10年内结束“电池焦虑”，并开放一个新的高度和高密度电池时代。

原始来源《New fast ion conductors discovered through the structural characteristic involving isolated anions》

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