Correlating Structural Disorder to Li+ Ion Transport in Li4–xGe1–xSbxS4 (0 ≤ x ≤ 0.2)

X射线晶体学 离子 结晶学 材料科学 化学 原子物理学 物理 衍射 光电子学 量子力学 光学
作者
Bianca Helm,Nicolò Minafra,Björn Wankmiller,Matthias T. Agne,Cheng Li,Anatoliy Senyshyn,Michael Ryan Hansen,Wolfgang G. Zeier
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (12): 5558-5570 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c00608
摘要

Strong compositional influences are known to affect the ionic transport within the thio-LISICON family; however, a deeper understanding of the resulting structure–transport correlations has up until now been lacking. Employing a combination of high-resolution neutron diffraction, impedance spectroscopy, and nuclear magnetic resonance spectroscopy, together with bond valence site energy calculations and the maximum entropy method for determining the underlying Li+ scattering density distribution of a crystal structure, this work assesses the impact of the Li+ substructure and charge carrier density on the ionic transport within the Li4–xGe1–xSbxS4 substitution series. By incorporating Sb5+ into Li4GeS4, an anisometric expansion of the unit cell is observed. An additional Li+ position is found as soon as (SbS4)3– polyhedra are present, leading to a better local polyhedral connectivity and a higher disorder in the Li+ substructure. Here, we are able to relate structural disorder to an increase in configurational entropy, together with a 2 order-of-magnitude increase in ionic conductivity. This result reinforces the typically believed paradigm that structural disorder leads to improvements in ionic transport.

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