Influence of Lattice Polarizability on the Ionic Conductivity in the Lithium Superionic Argyrodites Li6PS5X (X = Cl, Br, I)

极化率 化学 离子电导率 离子键合 快离子导体 离子 化学物理 电导率 无机化学 电解质 物理化学 分子 电极 有机化学
作者
Marvin Kraft,Sean P. Culver,M. Calderón,Felix Böcher,Thorben Krauskopf,Anatoliy Senyshyn,Christian Dietrich,Alexandra Zevalkink,Jürgen Janek,Wolfgang G. Zeier
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (31): 10909-10918 被引量:434
标识
DOI:10.1021/jacs.7b06327
摘要

In the search for novel solid electrolytes for solid-state batteries, thiophosphate ionic conductors have been in recent focus owing to their high ionic conductivities, which are believed to stem from a softer, more polarizable anion framework. Inspired by the oft-cited connection between a soft anion lattice and ionic transport, this work aims to provide evidence on how changing the polarizability of the anion sublattice in one structure affects ionic transport. Here, we systematically alter the anion framework polarizability of the superionic argyrodites Li6PS5X by controlling the fractional occupancy of the halide anions (X = Cl, Br, I). Ultrasonic speed of sound measurements are used to quantify the variation in the lattice stiffness and Debye frequencies. In combination with electrochemical impedance spectroscopy and neutron diffraction, these results show that the lattice softness has a striking influence on the ionic transport: the softer bonds lower the activation barrier and simultaneously decrease the prefactor of the moving ion. Due to the contradicting influence of these parameters on ionic conductivity, we find that it is necessary to tailor the lattice stiffness of materials in order to obtain an optimum ionic conductivity.
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