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華科李會巧AFM：鹵化物固態(tài)電解質(zhì)暴露時的空氣敏感性和降解演變

鹵化物固態(tài)電解質(zhì)（SSEs）由于合成簡單、離子電導(dǎo)率高、柔性好等優(yōu)點而引起廣泛關(guān)注。然而，到目前為止，大多數(shù)報道工作都集中在提高離子電導(dǎo)率上，而很少關(guān)注它們在空氣中的穩(wěn)定性和暴露后的降解機制。

在此，華中科技大學(xué)李會巧教授等人詳細(xì)研究了典型鹵化物SSE（Li₃InCl₆、Li₃YCl₆）的物理和化學(xué)變化，具體包括環(huán)境空氣暴露后的質(zhì)量、形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)演變。結(jié)果表明，Li₃InCl₆ 和Li₃YCl₆在中國中部自然空氣環(huán)境（25°C，30-70% RH）儲存過程中都非常敏感，它們會迅速吸水并隨后在幾小時內(nèi)液化。

此外，作者發(fā)現(xiàn)鹵化物SSE在空氣中的吸水率取決于顆粒大小和相對密度，這與空氣的接觸面積有關(guān)。隨著接觸面積的增加，Li₃InCl₆的吸水速度加快，在空氣中液化時間縮短。

圖1. Li₃InCl₆和Li₃YCl₆在空氣環(huán)境中的變化

此外，通過TG、DTA、XRD、FTIR、拉曼光譜以及改變pH、質(zhì)量等研究，作者揭示了Li₃InCl₆在空氣中的降解機理。Li₃InCl₆在空氣中首先形成Li₃InCl₆?2H₂O，然后部分進(jìn)一步分解為InCl₃和LiCl，長時間暴露在空氣中最終形成In₂O₃雜質(zhì)。

粉末原子層沉積可以提高Li₃InCl₆的空氣穩(wěn)定性，Al₂O₃包覆的Li₃InCl₆在空氣中的吸水率降低到初始的1/4，在空氣中液化時間增加7倍。需要注意的是，鹵化物SSEs對空氣非常敏感，其具有強腐蝕性的降解產(chǎn)物會腐蝕鋁集流體，在未來的應(yīng)用中應(yīng)受到更多關(guān)注。

圖2. Al₂O₃涂覆保護(hù)Li₃InCl₆電解質(zhì)

Air Sensitivity and Degradation Evolution of Halide Solid State Electrolytes upon Exposure, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108805

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