Atomistic Insight into Ion Transport and Conductivity in Ga/Al-Substituted Li7La3Zr2O12 Solid Electrolytes

材料科学 离子 离子电导率 电解质 扩散 化学物理 电导率 离子键合 相(物质) 快离子导体 替代(逻辑) 相变 物理化学 热力学 化学 电极 物理 有机化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Fabián A. García Daza,Mauricio R. Bonilla,Anna Llordes,Javier Carrasco,Elena Akhmatskaya
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (1): 753-765 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.8b17217
摘要

Garnet-structured Li7La3Zr2O12 is a promising solid electrolyte for next-generation solid-state Li batteries. However, sufficiently fast Li-ion mobility required for battery applications only emerges at high temperatures, upon a phase transition to cubic structure. A well-known strategy to stabilize the cubic phase at room temperature relies on aliovalent substitution; in particular, the substitution of Li+ by Al3+ and Ga3+ ions. Yet, despite having the same formal charge, Ga3+ substitution yields higher conductivities (10-3 S/cm) than Al3+ (10-4 S/cm). The reason of such difference in ionic conductivity remains a mystery. Here, we use molecular dynamic simulations and advanced sampling techniques to precisely unveil the atomistic origin of this phenomenon. Our results show that Li+ vacancies generated by Al3+ and Ga3+ substitution remain adjacent to Ga3+ and Al3+ ions, without contributing to the promotion of Li+ mobility. However, while Ga3+ ions tend to allow limited Li+ diffusion within their immediate surroundings, the less repulsive interactions associated with Al3+ ions lead to a complete blockage of neighboring Li+ diffusion paths. This effect is magnified at lower temperatures and explains the higher conductivities observed for Ga-substituted systems. Overall, this study provides a valuable insight into the fundamental ion transport mechanism in the bulk of Ga/Al-substituted Li7La3Zr2O12 and paves the way for rationalizing aliovalent substitution design strategies for enhancing ionic transport in these materials.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
1秒前
R_完成签到,获得积分10
2秒前
MI发布了新的文献求助10
2秒前
momo发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
995完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
YYDPZ完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
3秒前
NexusExplorer应助亓大大采纳,获得10
5秒前
5秒前
6秒前
6秒前
烛畔旧盟发布了新的文献求助30
7秒前
zhm发布了新的文献求助10
7秒前
美燕发布了新的文献求助10
7秒前
秦慧萍发布了新的文献求助10
7秒前
传奇3应助von采纳,获得10
7秒前
8秒前
林宥嘉应助zhc采纳,获得10
8秒前
8秒前
kkkkkk发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
tinner完成签到,获得积分10
9秒前
闪闪山水完成签到,获得积分10
11秒前
喵喵发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
喜悦岱周完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
秦慧萍完成签到,获得积分10
13秒前
眼睛大初瑶完成签到 ,获得积分10
13秒前
13秒前
隐形曼青应助北斗采纳,获得10
15秒前
15秒前
Akim应助nwds采纳,获得10
16秒前
16秒前
豆沙卷发布了新的文献求助30
16秒前
MI完成签到,获得积分20
17秒前
高分求助中
The three stars each : the Astrolabes and related texts 1070
Manual of Clinical Microbiology, 4 Volume Set (ASM Books) 13th Edition 1000
Sport in der Antike 800
Aspect and Predication: The Semantics of Argument Structure 666
De arte gymnastica. The art of gymnastics 600
少脉山油柑叶的化学成分研究 530
Berns Ziesemer - Maos deutscher Topagent: Wie China die Bundesrepublik eroberte 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2409771
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2105487
关于积分的说明 5318258
捐赠科研通 1833004
什么是DOI,文献DOI怎么找? 913305
版权声明 560765
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 488375