Small Methods:固态电解质晶粒晶界离子传输机制

相比液态电解质,固态电解质具有比传统锂离子电池更好的安全性。为了设计出具有高离子电导率的固态电解质,研究者围绕改变固态电解质的微结构,提高固态电解质的离子电导率开展了大量的研究工作。其中,建立其微观结构与宏观离子电导率之间的对应关系,对提升固态电解质的离子电导率具有重要的促进作用。但是目前尚缺乏有效的方法对纳米尺度下的离子电导率进行表征。

针对上述问题,中国科学院深圳先进技术研究院李江宇教授课题组联合湘潭大学谢淑红教授,中国地质大学(武汉)靳洪允教授团队,博士生余俊熹采用时序激励原子力显微技术方法,研究磷酸钛铝锂在纳米尺度下的局域电化学过程,得到了具有高空间分辨率的电化学响应,同时揭示了纳米尺度下晶粒、晶界的离子动力学过程,并且该结果与宏观的电化学阻抗分析结果一致。

时序激励是李江宇教授团队基于原子力显微技术所发展的一种新的表征方法,该方法在确保超高空间分辨率的同时降低了形貌相的干扰,即使扫描表面起伏较大的样品也能得到样品本征的响应。作者将这一方法应用在固态电解质磷酸钛铝锂上,研究了高离子电导率与低离子电导率固态电解质的微观电化学响应。研究发现,离子电导率较高的磷酸钛铝锂固态电解质的晶粒与其晶界的电导率大小相似,而离子电导率较低的固态电解质表现出较高的晶界电阻和较高的晶粒电导率,并与宏观的电化学阻抗结果一致。同时通过离子弛豫动力学曲线,研究了晶粒晶界的局域离子动力学过程。相关论文在线发表在Small Methods。

时序激励探测晶粒与晶界的电化学响应

相关工作得到了国家科技部“纳米科技”重点专项,国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目,湖湘高层次人才聚集工程创新团队项目的资助。