Science | 高熵设计增强固态电池离子传输

主要观点总结

本文介绍了当下锂离子电池面临的挑战，包括材料生产环节的可持续性问题、高成本、有机液态电解质的易燃性等。为应对这些挑战，研发固态电解质成为当务之急。文章重点介绍了固态电解质的设计，特别是实现高离子电导率的核心目标。全固态电池采用固态电解质对两个电极进行电子隔离，并有望达成高能量密度与功率密度，实现快速充电并提升安全性。文章还详细描述了高熵固态电池设计，包括其工作原理、实验验证、合成方法以及表征手段等。

关键观点总结

关键观点1: 锂离子电池面临的挑战

包括可持续性问题、高成本、有机液态电解质的易燃性等。

关键观点2: 固态电解质的设计

是当下的研发重点，核心目标是实现高离子电导率。

关键观点3: 全固态电池的特点

采用固态电解质，有望达成高能量密度与功率密度，实现快速充电并提升安全性。

关键观点4: 高熵固态电池设计

通过引入无序性来提升离子电导率，涉及元素组合与结构畸变。Zeng等人通过实验验证了这一方法的有效性。

关键观点5: 合成和表征方法

所有化合物采用固相反应法合成，通过X射线衍射仪和中子衍射实验对晶体结构进行表征，透射电镜获取EDX图等。

文章预览

当下，锂离子电池作为应用最为广泛的电化学储能技术，却面临着诸多挑战。在材料生产环节，可持续性问题突出；成本方面，每千瓦时的高成本限制了其进一步发展；此外，有机液态电解质的易燃性更是埋下了安全隐患。鉴于此，研发能够替代液态电解质的固态电解质成为当务之急。 对于固态电解质的设计，核心目标之一便是实现高离子电导率。全固态电池采用固态电解质对两个电极进行电子隔离，并将其混入正极复合材料以优化界面接触，有望达成高能量密度与功率密度，实现快速充电并提升安全性。 Zeng 等人发表的研究成果指出，在无机固态电解质中有意引入化学无序状态，能够将离子电导率提升数个数量级，进而降低整体电池电阻，有效提升电池性能。 Zeng et al., Science 378, 1320 (2022). 众多无机固态电解质普遍存在离子电导率偏低的问题， ………………………………