Anion sublattice design enables superionic conductivity in crystalline oxyhalides

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作者
Feipeng Zhao,Shumin Zhang,Shuo Wang,Joel W. Reid,Wei Xia,Jue Liu,Graham King,James A. Kaduk,Jianwen Liang,Jing Luo,Yingjie Gao,Feipeng Yang,Yang Zhao,W.S. Li,Sandamini H. Alahakoon,Jinghua Guo,Yining Huang,Tsun‐Kong Sham,Yifei Mo,Xueliang Sun
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:390 (6769): 199-204 被引量:20
标识
DOI:10.1126/science.adt9678
摘要

Solid-state batteries are attractive energy storage systems as a result of their inherent safety, but their development hinges on advanced solid-state electrolytes (SSEs). Most SSEs remain largely confined to single-anion systems (e.g., sulfides, oxides, halides, and polymers). Through mixed-anion design strategy, we develop crystalline Li3Ta3O4Cl10 (LTOC) and its derivatives with excellent ionic conductivities (up to 13.7 millisiemens per centimeter at 25°C) and electrochemical stability. The LTOC structure features mixed-anion spiral chains, consisting of corner-shared oxygen and terminal chlorine atoms, which induces continuous "tetrahedron-tetrahedron" Li-ion migration pathways with low energy barriers. Additionally, LTOC demonstrates holistic cathode compatibility, enabling solid-state batteries operation at 4.9 volts versus Li/Li+ and low temperature, down to -50°C. These findings describe a promising class of superionic conductors for high-performance solid-state batteries.
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