Coordination‐Constrained Zinc Ions Transport in Solid‐State Electrolytes: Mechanisms and Design Principles

机制(生物学) 设计要素和原则 纳米技术 材料科学 工作(物理) 合理设计 电解质 电化学储能 水溶液 离子运输机 离子 聚合物 化学物理 输运理论 空位缺陷 聚合物电解质 透视图(图形) 材料设计 能量传输 配位复合体 计算机科学 化学 水介质 生化工程 储能
作者
Jian Zhang,Kaihang Yue,Zihan Xu,Mei Han,Jian Zhi
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e75216-e75216
标识
DOI:10.1002/smll.75216
摘要

ABSTRACT Zinc‐ion batteries (ZIBs) are regarded as potential candidates for next‐generation energy storage systems due to their intrinsic safety, low cost, and environmental sustainability. Solid‐state electrolytes hold potential for effectively addressing issues in aqueous electrolytes. However, the development of solid‐state ZIBs is fundamentally limited by the physicochemical characteristics of Zn 2+ . Due to the multivalent nature of Zn 2+ , they are subject to stronger coordination constraints, and Zn 2+ migration is dominated by desolvation processes and coordination restructuring, contributing to slow ion transport in solid‐state environments. Here, we establish a mechanism‐oriented framework for understanding Zn 2+ transport in solid‐state electrolytes, including inorganic solid‐state electrolytes, solid‐state polymer electrolytes, and quasi‐solid‐state electrolytes. Specifically, we summarize the vacancy transport mechanism and gap transport mechanism for Zn 2+ transport in inorganic solid‐state electrolytes, the chain segment motion‐assisted transport mechanism in solid‐state polymer electrolytes, and the liquid–solid synergistic mechanism in quasi‐solid‐state electrolytes. On this basis, we propose general design principles for overcoming coordination constraints in each type of solid‐state electrolyte. Importantly, the concepts presented here extend beyond zinc‐ion systems and offer a unified perspective on multivalent‐ion transport in solid‐state electrolytes. This work will provide actionable insights for the rational design of next‐generation solid‐state batteries.
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