【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】3月6日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院光子信息與能源材料研究中心助理研究員陸子恒與香港科技大學(xué)機(jī)械工程系教授Francesco Ciucci合作，提出固態(tài)電解質(zhì)中離子超導(dǎo)的新機(jī)制并設(shè)計(jì)了新型低維反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)。
 

　　固體電解質(zhì)(固體電解質(zhì)原位)從外部施加的電場(chǎng)通過離子能夠移動(dòng)(電荷物質(zhì))固體。相反，可以利用離子的運(yùn)動(dòng)來吸收能量。用作固體氧化物燃料電池的發(fā)電材料和電解電容器的電極導(dǎo)體。
 

　　在金屬和半導(dǎo)體中，電流主要?dú)w因于電子的運(yùn)動(dòng)，而在固體電解質(zhì)中，電流主要?dú)w因于離子的運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)的帶電粒子在作為離子電解質(zhì)在溶液類似于，離子移動(dòng)的介質(zhì)低速是固體的，導(dǎo)電的在低溫下是低的。
 

　　固體陽離子的快速傳輸對(duì)于多種固態(tài)器件至關(guān)重要，其中突出的就是固態(tài)電池。作為有望替代現(xiàn)有鋰離子電池的下一代高比能、高安全儲(chǔ)能技術(shù)，固態(tài)電池受到了學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，固態(tài)電池的核心痛點(diǎn)之一是固態(tài)電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率，其限制了固態(tài)電池在室溫下的輸出功率，也因此限制了固態(tài)電池的實(shí)際使用。目前，設(shè)計(jì)具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料是固態(tài)離子學(xué)的核心課題之一，也是公認(rèn)的難題。
 

　　固態(tài)電池是一種電池科技。與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。
 

　　由于科學(xué)界認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。固態(tài)鋰電池技術(shù)采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。
 

　　受到光伏領(lǐng)域低維有機(jī)無機(jī)反鈣鈦礦的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)提出了一種由基本“結(jié)構(gòu)單元”逐層構(gòu)建不同維度反鈣鈦礦晶體固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)思路。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，低維結(jié)構(gòu)中的聲子軟化現(xiàn)象能夠引起鋰離子的快速輸運(yùn)。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)二維及二維以下的反鈣鈦礦不僅具有極高穩(wěn)定性，還具有接近液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率(10 mS cm-1)。目前團(tuán)隊(duì)正在積極合成這類材料并已取得一定進(jìn)展。
 

　　電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屬的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而減小。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增加。在一段溫度值域內(nèi)，電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率，必須設(shè)定一個(gè)共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性，時(shí)常可以表達(dá)為，電導(dǎo)率對(duì)上溫度線圖的斜率。
 

　　該研究提出的由結(jié)構(gòu)模板逐步搭建固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)思路及聲子軟化致離子超導(dǎo)機(jī)制對(duì)下一代固態(tài)電池中關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)作用。
 

　　資料來源：百科、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院