Tailoring Ion Transport in Li3‐3yHo1+yCl6‐xBrx via Transition‐Metal Free Structural Planes and Charge Carrier Distribution

价(化学) 化学 结晶学 离子 离子键合 离子电导率 快离子导体 材料科学 化学物理 物理化学 电解质 电极 有机化学
作者
Bright Ogbolu,Tej P. Poudel,Thilina N. D. D. Dikella,Erica Truong,Yudan Chen,Dewen Hou,Tianyi Li,Yuzi Liu,Eric Gabriel,Hui Xiong,Chen Huang,Yan‐Yan Hu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (7): e2409668-e2409668 被引量:9
标识
DOI:10.1002/advs.202409668
摘要

Abstract Localized atomistic disorder in halide‐based solid electrolytes (SEs) can be leveraged to boost Li+ mobility. In this study, Li+ transport in structurally modified Li3HoCl6, via Br− introduction and Li+ deficiency, is explored. The optimized Li3‐3yHo1+yCl6‐xBrx achieves an ionic conductivity of 3.8 mS cm−1 at 25 °C, the highest reported for holmium halide materials. 6,7Li nuclear magnetic resonance and relaxometry investigations unveil enhanced ion dynamics with bromination, attaining a Li+ motional rate neighboring 116 MHz. X‐ray diffraction analyses reveal mixed‐anion‐induced phase transitions with disproportionate octahedral expansions and distortions, creating Ho‐free planes with favorable energetics for Li+ migration. Bond valence site energy analysis highlights preferred Li+ transport pathways, particularly in structural planes devoid of Ho3+ blocking effects. Molecular dynamics simulations corroborate enhanced Li+ diffusion with Br− introduction into Li3HoCl6. Li‐Ho electrostatic repulsions in the (001) plane presumably drive Li+ diffusion into the Ho‐free (002) layer, enabling rapid intraplanar Li+ motion and exchange between the 2d and 4h sites. Li3‐3yHo1+yCl6‐xBrx also demonstrates good battery cycling stability. These findings offer valuable insights into the intricate correlations between structure and ion transport and will help guide the design of high‐performance fast ion conductors for all‐solid‐state batteries.
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