風(fēng)能或光伏等可再生能源是間歇性的，生產(chǎn)高峰并不一定跟隨需求高峰。因此，儲(chǔ)存綠色能源對(duì)于擺脫化石燃料至關(guān)重要。光伏電池和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的能量被儲(chǔ)存起來，以備以后需要時(shí)使用。鋰離子技術(shù)是目前性能最好，基于電池的儲(chǔ)能技術(shù)。鋰離子電池用于小型電子產(chǎn)品(智能手機(jī)、筆記本電腦)，是電動(dòng)汽車的最佳選擇。鋰離子電池有缺點(diǎn)嗎？例如鋰離子電池可能會(huì)因?yàn)橹圃靻栴}起火，這在一定程度上是由于使用液體有機(jī)電解質(zhì)的電流電池。

這些有機(jī)電解質(zhì)是電池所必需的，但極易燃燒。解決方案？由易燃液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w電解質(zhì)(即，轉(zhuǎn)向全固態(tài)電池)。這是一個(gè)非常困難的步驟，因?yàn)殇囯x子在固體中比在液體中移動(dòng)得慢。這種低機(jī)動(dòng)性限制了電池的充放電性能?？茖W(xué)家們一直在尋找能夠制造全固態(tài)電池的材料。來自UCLouvain的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)，LiTi22(PS4)3，或LTPS。LTPS具有在固體中測(cè)量到的最高鋰擴(kuò)散系數(shù)(鋰遷移率的直接測(cè)量)。LTPS的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于任何已知物質(zhì)，研究結(jié)果發(fā)表在《化學(xué)》上。

這種鋰的遷移率直接來自于獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)(即，原子排列)的LTPS。這一機(jī)制為鋰離子導(dǎo)體領(lǐng)域開辟了新的前景，并超越了LTPS。為尋找具有類似擴(kuò)散機(jī)制的新材料開辟了道路。需要對(duì)這種材料進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，以使其將來能夠商業(yè)化。盡管如此，這一發(fā)現(xiàn)在理解具有極高鋰離子遷移率的材料方面邁出了重要一步，而未來的全固態(tài)電池最終需要這種材料。這些材料，包括LTPS，可以用于許多技術(shù)，從汽車到智能手機(jī)。包括全固態(tài)鋰離子電池在內(nèi)的許多技術(shù)，都需要高離子導(dǎo)電的固態(tài)材料。

了解晶體結(jié)構(gòu)如何決定離子擴(kuò)散是快速離子導(dǎo)體發(fā)展的基礎(chǔ)。在這些研究中，證明了LiTi 2(PS 4) 3的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，比目前最先進(jìn)鋰離子擴(kuò)散系數(shù)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過不尋常的LiTi 2(PS 4) 3晶體結(jié)構(gòu)來解釋這一觀察結(jié)果，因?yàn)樗鼪]有正方體或八面體的位置讓Li占據(jù)。這創(chuàng)造了一個(gè)平滑，令人沮喪的能量景觀，類似于液體中的能量景觀，而不是那些典型的固體。這種令人沮喪的能量景觀導(dǎo)致了高擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)合了低活化能和高預(yù)因子。

博科園｜研究/來自：魯汶大學(xué)

參考期刊《化學(xué)》

DOI: 10.1016/j.chempr.2019.07.001

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