Как ученым удалось заставить литий двигаться быстрее внутри твердой батареи?
Исследователи из Университета Нагои в Японии подняли ионную проводимость безопасного твердого электролита LLNOF до рекордных 16,3 мСм/см — это самый высокий показатель среди всех оксидных твердых электролитов. Работу опубликовали в Journal of the American Chemical Society.Если представить батарею как дорогу, по которой во время зарядки и разрядки ездят ионы лития, в обычном твердом электролите эта дорога получается довольно «медленной». Ионам сложно пробираться через кристаллическую структуру. Японские ученые нашли способ перестроить ее так, чтобы литий двигался гораздо быстрее.
В 2024 году та же команда открыла оксифторидный кристалл с формулой Li2–xLa(1+x)/3Nb2O6F, сокращенно LLNOF, с необычно высокой на тот момент проводимостью 7 мСм/см — сопоставимой с жидкими электролитами. Затем ученые изменили состав кристалла, снизив параметр x (долю вакантных позиций в решетке относительно лития и лантана), и подняли проводимость больше чем вдвое.
Ведущий автор работы Такэси Ядзима объяснил разницу между двумя типами безопасных материалов так: оксифториды безопаснее сульфидных электролитов, но обычно уступают им в проводимости, а сульфиды проводят ток лучше, но при контакте с влагой способны выделять токсичные газы. Работа его команды показывает, что этим приходится жертвовать не всегда.
Ученые нашли новый механизм переноса ионов: когда ион лития перескакивает в свободную позицию решетки, соседний ион фтора сдвигается в сторону, которую покинул литий. Это снижает энергетический барьер для следующих перескоков и фактически прокладывает литию путь через кристалл. Раньше считалось, что высокая проводимость требует легко деформируемых отрицательных ионов, характерных именно для сульфидов, — новый механизм показывает, что это не единственный путь.
Источник: hi-tech.mail.ru