孟颖等人Matter：具有增强钠离子电导率的非晶和纳米晶卤化物固体电解质

固态电池是一种新兴的储能技术，有望提高安全性、提高能量密度和延长循环寿命。然而，固态电解质是决定固态电池电化学性能的关键成分，尤其是在室温下。

在此，美国加州大学圣地亚哥分校孟颖、Jihyun Jang等人报道了一系列具有增强离子导电性的纳米晶体和无定形氯化物固态电解质，其组成为Na_2.25-xY_0.25Zr_0.75Cl_6-x（1.375≤x≤2.000）。作者采用X射线衍射、透射电子显微镜、固态核磁共振波谱和电化学阻抗波谱来研究成分、结构和电导率之间的关系。

结果表明，缺乏NaCl的组合物可以形成纳米晶相和非晶相。此外，还观察到棱柱状Na⁺局部环境的优选占据以及这些环境之间的快速交换。这些因素共同作用可降低Na⁺迁移的活化能，增加离子电导率，并在室温条件下，在更高的循环倍率下改善电化学性能。

图1. 钠局部环境和离子电导率测量

总之，该工作提出了一种开发具有纳米晶和非晶特性的高导电性Na⁺导体的替代方法。该方法将Na_2.25-xY_0.25Zr_0.75Cl_6-x化合物的NaCl组成调整为固定的Y/Zr比例，同时利用机械化学合成控制长程和局部结构。此外，降低NaCl含量与机械化学合成相结合，导致样品形成纳米晶或非晶态。这将缺陷和自由体积引入系统，有助于提高Na⁺迁移率。低NaCl含量的组合物的离子电导率的增加导致Na-ASSB具有优异的性能。

重要的是，对x = 1.625和x = 2.000组分的加热会导致Na在结构的棱柱体和八面体中重新分布，从而导致Na⁺迁移率下降。这一发现进一步强调了控制样品结晶度和Na局部环境分布的重要性，表明小晶粒尺寸和棱镜环境之间的快速Na⁺跳跃是这类材料获得高导电性的关键。因此，该项工作提供了纳米晶体和非晶氯化物的组成、结构和电导率关系的见解。

图2. 纳米晶和非晶SEs的电化学性能

Amorphous and nanocrystalline halide solid electrolytes with enhanced sodium-ion conductivity, Matter 2024 DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.028

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