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深圳先进院等提出离子超导机制及固态电解质设计新思路
http://www.cnsyyq.net 2020-03-11 13:26:20 仪表网
实验仪器网】讯

  3月6日,中国科学院深圳先进技术研究院光子信息与能源材料研究中心助理研究员陆子恒与香港科技大学机械工程系教授Francesco Ciucci合作,提出固态电解质中离子超导的新机制并设计了新型低维反钙钛矿固态电解质。

  固体电解质(固体电解质原位)从外部施加的电场通过离子能够移动(电荷物质)固体。相反,可以利用离子的运动来吸收能量。用作固体氧化物燃料电池的发电材料和电解电容器的电极导体。

  在金属和半导体中,电流主要归因于电子的运动,而在固体电解质中,电流主要归因于离子的运动。移动的带电粒子在作为离子电解质在溶液类似于,离子移动的介质低速是固体的,导电的在低温下是低的。

  固体阳离子的快速传输对于多种固态器件至关重要,其中突出的就是固态电池。作为有望替代现有锂离子电池的下一代高比能、高安全储能技术,固态电池受到了学界和产业界的广泛关注。当前,固态电池的核心痛点之一是固态电解质的低离子电导率,其限制了固态电池在室温下的输出功率,也因此限制了固态电池的实际使用。目前,设计具有高离子电导率的固态电解质材料是固态离子学的核心课题之一,也是公认的难题。

  固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。

  由于科学界认为锂离子电池已经到达极限,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。

  受到光伏领域低维有机无机反钙钛矿的启发,团队提出了一种由基本“结构单元”逐层构建不同维度反钙钛矿晶体固态电解质的设计思路。团队研究发现,低维结构中的声子软化现象能够引起锂离子的快速输运。在此基础上,团队预测二维及二维以下的反钙钛矿不仅具有极高稳定性,还具有接近液态电解质的离子电导率(10 mS cm-1)。目前团队正在积极合成这类材料并已取得一定进展。

  电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的升高而减小。半导体的电导率随着温度的升高而增加。在一段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率,必须设定一个共同的参考温度。电导率与温度的相关性,时常可以表达为,电导率对上温度线图的斜率。

  该研究提出的由结构模板逐步搭建固态电解质的设计思路及声子软化致离子超导机制对下一代固态电池中关键材料的设计有重要指导作用。

  资料来源:百科、深圳先进技术研究院

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