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上硅所劉建軍ACS Energy Lett.：預(yù)測(cè)富鋰層狀氧化物化合物作為高導(dǎo)電性的穩(wěn)定固體電解質(zhì)

尋找具有快速離子電導(dǎo)率和高電化學(xué)穩(wěn)定性的新型固態(tài)電解質(zhì)（SSE）是開發(fā)全固態(tài)電池最具挑戰(zhàn)性的問題之一。大多數(shù)SSE具有特定的離子傳輸通道，以及鈣鈦礦、NASICON（鈉超離子導(dǎo)體）、LISICON（鋰超離子導(dǎo)體）和石榴石的晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和尋找具有可預(yù)測(cè)特性的新材料是一項(xiàng)繁瑣的任務(wù)。

在此，中科院上海硅酸鹽研究所劉建軍研究員等人預(yù)測(cè)了富鋰層狀Li₃NbO₄型化合物可以作為高速率和穩(wěn)定的SSE。具體而言，作者使用粒子群優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)分析(CALYPSO) 方法來預(yù)測(cè)富鋰巖鹽Li₃NbO₄化合物，其中[NbO₅] 和[LiO₅] 采用特殊的配位結(jié)構(gòu)。

基于熱力學(xué)和晶格動(dòng)力學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)的六面體Li₃NbO₄處于基態(tài)并且具有比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的八面體Li₃NbO₄更低的形成能。在這種結(jié)構(gòu)中，Li⁺離子通過中間八面體從一個(gè)六面體遷移到相鄰的六面體（h-o-h模式），導(dǎo)致鋰遷移的能壘極低，為0.39 eV。

圖1. 協(xié)調(diào)相圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此外，從1.368 到4.377 V的寬電化學(xué)窗口表明該化合物可以耐受高達(dá)4.3 V的充電電壓而不會(huì)被分解，這彌補(bǔ)了傳統(tǒng)SSE較差的電壓耐受性。

此外，作者預(yù)測(cè)Li₂Mg_0.5NbO₄化合物是一種很有前途的SSE，具有0.33 eV的低離子遷移勢(shì)壘，可與其他氧化物SSE相媲美。因此，本研究為層狀巖鹽結(jié)構(gòu)中高性能SSE的設(shè)計(jì)提供了一種新策略。

圖2. 材料的理論電化學(xué)窗口

Predicting Li-Rich Layered Oxide Compounds as High-Conductivity and Stable Solid Electrolytes, ACS Energy Letters2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01781

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/15/5934b96448/

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