超離子固態(tài)電解質(zhì)（SEs）對于大容量固態(tài)電池（SSBs）的應用至關(guān)重要。多組分超離子固態(tài)電解質(zhì)因其良好的電荷傳輸特性而備受關(guān)注，但人們對構(gòu)型熵（ΔSconf）如何影響離子電導率還缺乏透徹的了解。

圖1.?鹵素取代的鋰硫銀鍺礦電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征

卡爾斯魯厄理工學院Richard B. Kaner等成功合成了一系列富含鹵素的鋰硫銀鍺礦，其通式為Li_5.5PS_4.5Cl_xBr_1.5-x（0 ≤ x ≤ 1.5）。通過結(jié)合使用高分辨率中子粉末衍射（NPD）和³¹P魔角自旋（MAS）核磁共振（NMR）光譜，作者發(fā)現(xiàn)陰離子占據(jù)了4a和4d Wyckoff 位點，這也影響了鋰的亞結(jié)構(gòu)。此外，這項工作通過與溫度相關(guān)的EIS和⁷Li PFG NMR光譜測試揭示了電荷傳輸特性。

研究表明， S^2-/Cl^–/Br^–無序度的增加（可以構(gòu)型熵的形式表示）可導致超快的鋰離子動力學，這反映在1.4×10^-11 m² s^-1的鋰擴散系數(shù)（29℃），以及冷壓狀態(tài)下9.6 mS cm^-1的離子電導率和 22.7 mS cm^-1的體相離子電導率（25℃）。

圖2.?Li_5.5PS_4.5Cl_xBr_1.5?x樣品的電荷輸運特性

由于使用了廉價的前驅(qū)體，這種材料適合大規(guī)模應用?？傊撗芯拷Y(jié)果表明，鋰硫銀鍺礦陰離子亞晶格中的成分紊亂直接促進了離子擴散，這意味著電導率會隨著構(gòu)型熵的增加而增加。

此外，電導率最高的樣品Li_5.5PS_4.5Cl_0.8Br_0.7作為SE在SSB電池中進行了測試，它可以穩(wěn)定循環(huán)700次以上（幾乎沒有容量衰減），這表明它適合工業(yè)應用。因此，通過增加構(gòu)型熵來提高離子電導率的概念可能會為開發(fā)先進的SE鋪平道路。

圖3.?SSB電池的電化學循環(huán)

High-Entropy Lithium Argyrodite Solid Electrolytes Enabling Stable All-Solid-State Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202314155