Li3SBF4晶體結(jié)構(gòu)示意圖

據(jù)外媒報道，弗吉尼亞州立邦聯(lián)大學（VirginiaCommonwealthUniversity，VCU）研究人員設(shè)計了新款鋰超離子導體（lithiumsuperionicconductor），其鋰離子導電性可媲美有機電解液（organicliquidelectrolytes）。

他們在美國國家科學院院刊（NationalAcademyofSciences，PNAS）上發(fā)表了一篇論文。研究人員在論文中宣稱，基于團簇（Cluster）的鋰離子超導體的導電性極高，室溫下為0.01S/cm到0.1S/cm以上，而活化能（activationenergy）較低，低于0.210eV，能帶間隙（bandgap）為8.5eV。此外，其機械性能表現(xiàn)也極為出色，彈性十足，可抑制鋰樹突的增多。

Li3SBF4材料的物理模型

在鋰離子電池中，帶正極的鋰離子通過電解質(zhì)進行流動。固態(tài)電解質(zhì)可提升安全性、能量值及能量密度。然而，鋰離子卻在液態(tài)電解質(zhì)內(nèi)卻能自由流動。鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)的流動性較差，對導電性產(chǎn)生不利影響。

為提升固態(tài)電解質(zhì)的導電性，研究人員制作了一款計算模型，可去除單個負離子。負離子團簇將取代空缺的離子，前者是原子團簇，其所帶電子（electrons）要多于質(zhì)子（protons）。

VCU研究團隊的方弘（HongFang）博士和PuruJena教授實現(xiàn)了特定固態(tài)電解質(zhì)扭曲（twist）的具象化，前者由其他人員進行過測試。最初，該電解質(zhì)歸屬于反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（antiperovskite）的晶族（familyofcrystals），其所含的正離子由三個鋰原子級一個氧原子構(gòu)成，正離子與單個氯原子相結(jié)合，因為后者是負離子。

在運算建模中，他們用一個負離子取代了氯原子，該負離子由一個硼原子和四個氟原子組成。

Li3S(BF4)0.5Cl0.5的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

據(jù)其研究發(fā)現(xiàn)，鋰超離子導體Li3SBF4與Li3S(BF4)0.5Cl0.5大體上擁有成為理想固態(tài)電解質(zhì)的潛質(zhì)。

Li3SBF4的能帶間隙為8.5eV，RT導電性為0.01S/cm，活化能為0.210eV，形成能（formationenergy）相對較小，機械性能也很理想。而Li3S(BF4)0.5Cl0.5的RT導電性大于0.1S/cm，活化能為0.176eV。

兩位專家共同致力于在實驗室內(nèi)測試其計算模型，旨在探究鋰離子電池應(yīng)用的最終形態(tài)。

作者：李文龍