Atomic-scale study clarifying the role of space-charge layers in a Li-ion-conducting solid electrolyte

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作者
Zhenqi Gu,Jiale Ma,Feng Zhu,Ting Liu,Kai Wang,Ce‐Wen Nan,Zhenyu Li,Cheng Ma
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:51
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37313-2
摘要

Space-charge layers are frequently believed responsible for the large resistance of different interfaces in all-solid-state Li batteries. However, such propositions are based on the presumed existence of a Li-deficient space-charge layer with insufficient charge carriers, instead of a comprehensive investigation on the atomic configuration and its ion transport behavior. Consequently, the real influence of space-charge layers remains elusive. Here, we clarify the role of space-charge layers in Li0.33La0.56TiO3, a prototype solid electrolyte with large grain-boundary resistance, through a combined experimental and computational study at the atomic scale. In contrast to previous speculations, we do not observe the Li-deficient space-charge layers commonly believed to result in large resistance. Instead, the actual space-charge layers are Li-excess; accommodating the additional Li+ at the 3c interstitials, such space-charge layers allow for rather efficient ion transport. With the space-charge layers excluded from the potential bottlenecks, we identify the Li-depleted grain-boundary cores as the major cause for the large grain-boundary resistance in Li0.33La0.56TiO3.
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