Superionic Conductivity Invoked by Enhanced Correlation Migration in Lithium Halides Solid Electrolytes

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作者
Rui Li,Pushun Lu,Xinmiao Liang,Liwei Liu,Maxim Avdeev,Zhi Deng,Shuai Li,Kaiqi Xu,Jiwen Feng,Rui Si,Fan Wu,Zhizhen Zhang,Yong‐Sheng Hu
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 1043-1052 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c02496
摘要

Lithium halides are experiencing reflorescence as a promising solid electrolyte in all-solid-state batteries (ASSBs) owing to their moderate conductivities and high oxidation potential. Herein we report new lithium-superionic chlorides, Li3–xSc1–xZrxCl6 and Li3–xSc1–xHfxCl6 (x = 0.25, 0.50, 0.625, 0.75), that demonstrate high ionic conductivities up to 2.2 mS cm–1 at room temperature coupled with low activation energy barriers (0.31 and 0.33 eV for Zr and Hf-analogy, respectively). This notably improved conductivity upon Zr4+/Hf4+ substitution is ascribed to the decreased energy barrier along the c axis and enhanced correlated migration invoked by the tuned Li+/vacancy concentration. Evaluation in solid-state cells further confirmed the potential of this electrolyte to be used in high voltage ASSBs. Our work elucidates the impact of tuned cationic/vacancy concentration and consequently enhanced correlated migration on cationic conductivity. This strategy can be extended to other systems and serve as a guideline for the design of fast ion conductors.
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