三月六日，我國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)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(xué)機(jī)械工程系教授Francesco Ciucci合作，提出固態(tài)電解質(zhì)中離子超導(dǎo)的新機(jī)制并設(shè)計(jì)了新型低維反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)。相關(guān)結(jié)果以Superionic Conduction in Low-Dimensional-Networked Anti-Perovskites（《低維反鈣鈦礦中的離子超導(dǎo)現(xiàn)象》）為題在線發(fā)表于Energy Storage Materials（DOI:10.1016/j.ensm.2020.03.005, CiteScore: 15.05），陸子恒為第一作者，F(xiàn)rancesco Ciucci是通訊作者。

固體陽離子的快速傳輸關(guān)于多種固態(tài)器件至關(guān)重要，其中最為突出的就是固態(tài)電池。作為有望替代現(xiàn)有鋰離子電池的下一代高比能、高安全儲能技術(shù)，固態(tài)電池受到了學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，固態(tài)電池的核心痛點(diǎn)之一是固態(tài)電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率，其限制了固態(tài)電池在室溫下的輸出功率，也因此限制了固態(tài)電池的實(shí)際使用。目前，設(shè)計(jì)具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料是固態(tài)離子學(xué)的核心課題之一，也是公認(rèn)的難題。

受到光伏領(lǐng)域低維有機(jī)無機(jī)反鈣鈦礦的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)提出了一種由基本“結(jié)構(gòu)單元”逐層構(gòu)建不同維度反鈣鈦礦晶體固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)思路。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，低維結(jié)構(gòu)中的聲子軟化現(xiàn)象能夠引起鋰離子的快速輸運(yùn)。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)預(yù)測二維及二維以下的反鈣鈦礦不僅具有極高穩(wěn)定性，還具有接近液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率（10 mS cm-1）。目前團(tuán)隊(duì)正在積極合成這類材料并已取得一定進(jìn)展。

該研究提出的由結(jié)構(gòu)模板逐步搭建固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)思路及聲子軟化致離子超導(dǎo)機(jī)制對下一代固態(tài)電池中關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)用途。

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基于基本“結(jié)構(gòu)單元”的固態(tài)電解質(zhì)模板化設(shè)計(jì)示意圖（左）與新型低維反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)（右）

原標(biāo)題:深圳先進(jìn)院等提出離子超導(dǎo)新機(jī)制及固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)新思路