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首页> 美国卫生研究院文献>Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America >Li-rich antiperovskite superionic conductors based on cluster ions
【2h】

Li-rich antiperovskite superionic conductors based on cluster ions

机译：基于团簇离子的富锂抗钙钛矿超离子导体

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摘要

Enjoying great safety, high power, and high energy densities, all-solid-state batteries play a key role in the next generation energy storage devices. However, their development is limited by the lack of solid electrolyte materials that can reach the practically useful conductivities of 10−2 S/cm at room temperature (RT). Here, by exploring a set of lithium-rich antiperovskites composed of cluster ions, we report a lithium superionic conductor, Li3SBF4, that has an estimated 3D RT conductivity of 10−2 S/cm, a low activation energy of 0.210 eV, a giant band gap of 8.5 eV, a small formation energy, a high melting point, and desired mechanical properties. A mixed phase of the material, Li3S(BF4)0.5Cl0.5, with the same simple crystal structure exhibits an RT conductivity as high as 10−1 S/cm and a low activation energy of 0.176 eV. The high ionic conductivity of the crystals is enabled by the thermal-excited vibrational modes of the cluster ions and the large channel size created by mixing the large cluster ion with the small elementary ion.
机译：全固态电池享有很高的安全性，高功率和高能量密度，在下一代储能设备中起着关键作用。然而，由于缺乏固体电解质材料而限制了它们的发展，该固体电解质材料在室温（RT）下可达到10 -2 S / cm的实用电导率。在这里，通过探索一组由簇离子组成的富锂抗钙钛矿，我们报告了锂超离子导体Li3SBF4，其3D RT电导率估计为10 -2 S / cm，活化度低能量为0.210 eV，带隙为8.5 eV，形成能小，熔点高，并且具有所需的机械性能。具有相同简单晶体结构的材料Li3S（BF4）0.5Cl0.5的混合相具有高达10 -1 S / cm的RT电导率和0.176 eV的低活化能。团簇离子的热激发振动模式以及通过将大团簇离子与小元素离子混合而产生的大通道尺寸，可以实现晶体的高离子电导率。

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