Il 14 aprile, Il prof. Ma Cheng della University of Science and Technology of China (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) e i suoi colleghi hanno riportato un'importante scoperta relativa al meccanismo di migrazione degli ioni di litio negli elettroliti solidi per batterie, osservando un nuovo tipo di caratteristica microscopica che può influenzare significativamente il trasporto ionico.

Gli elettroliti solidi sono i componenti chiave per una sicurezza, denso di energia, batterie completamente allo stato solido. Prima che gli elettroliti solidi altamente conduttivi possano essere sviluppati in modo basato sulla conoscenza, il meccanismo alla base della migrazione degli ioni di litio deve essere compreso a fondo. In molti materiali, il successo di questo compito sta nel fatto che le "caratteristiche non periodiche" possono essere ben comprese, perché tali caratteristiche spesso causano un cambiamento di ordini di grandezza nella conduttività ionica. Attualmente, solo due tipi di caratteristiche non periodiche, bordi di grano e difetti puntuali, sono stati considerati nella maggior parte degli studi.

Il team di Ma ha scoperto un ulteriore tipo di caratteristica non periodica che influenza profondamente il trasporto ionico. Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione corretta per l'aberrazione, hanno individuato un gran numero di difetti a strato singolo atomo in un prototipo di elettrolita solido Li _0,33 La _0,56 TiO ₃ . Contrariamente ad altre note caratteristiche non periodiche, il difetto osservato è essenzialmente un composto a strato singolo che emerge solo su un numero limitato di piani atomici. A causa della simmetria di questi piani, i difetti diversamente orientati formano quasi sempre anelli chiusi.

"Ci sono in realtà molti di questi anelli di difetto nel materiale, ma è molto difficile osservarli, " ha detto il primo autore ZHU Feng, che è attualmente un dottorato di ricerca. studente dell'USTC. "Sono visibili solo lungo determinati orientamenti. Inoltre, per la loro estrema sottigliezza e la distrazione da altre microstrutture coesistenti, la presenza di questi difetti è appena notata. Questo potrebbe spiegare perché non sono stati segnalati fino ad ora".

È stato scoperto che i difetti osservati mostrano una configurazione atomica che impedisce completamente la migrazione degli ioni di litio attraverso lo strato del difetto. Di conseguenza, quando tali difetti formano un circuito chiuso, Gli ioni di litio non possono né entrare né uscire dal volume interno, e questa parte di materiale è così esclusa dal trasporto ionico complessivo. Il volume isolato in questo modo raggiunge il 15% circa, che può portare a una riduzione di uno o due ordini di grandezza della conduttività ionica.

"Il circuito difettoso agisce come una trappola agli ioni di litio:impedisce la fuoriuscita degli ioni di litio all'interno del volume chiuso, " ha affermato il prof. Ma Cheng dell'USTC, l'autore principale dello studio. "Come tale, sebbene i difetti stessi siano solo un atomo sottile, possono ancora "uccidere" volumi molto grandi dell'elettrolita solido, rendendoli non conduttivi."

Gli scienziati hanno coniato il termine "trappola a strato singolo" (SALT) per descrivere questa caratteristica unica. La sua scoperta rivela che anche caratteristiche non periodiche diverse dai bordi dei grani e dai difetti puntuali possono alterare notevolmente il trasporto ionico, e che sono urgentemente necessari studi simili su altri elettroliti solidi.