Enhancing Moisture Stability of Sulfide Solid-State Electrolytes by Reversible Amphipathic Molecular Coating

材料科学 化学工程 硫化物 水分 涂层 陶瓷 电解质 氧化物 聚合物 离子电导率 两亲性 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 化学 冶金 共聚物 工程类
作者
Zhaoxin Yu,Shun‐Li Shang,Kiseuk Ahn,Daniel Marty,Ruozhu Feng,Mark Engelhard,Zi‐Kui Liu,Dongping Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (28): 32035-32042 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.2c07388
摘要

The all-solid-state battery (ASSB) is a promising next-generation energy storage technology for both consumer electronics and electric vehicles because of its high energy density and improved safety. Sulfide solid-state electrolytes (SSEs) have merits of low density, high ionic conductivity, and favorable mechanical properties compared to oxide ceramic and polymer materials. However, mass production and processing of sulfide SSEs remain a grand challenge because of their poor moisture stability. Here, we report a reversible surface coating strategy for enhancing the moisture stability of sulfide SSEs using amphipathic organic molecules. An ultrathin layer of 1-bromopentane is coated on the sulfide SSE surface (e.g., Li7P2S8Br0.5I0.5) via Van der Waals force. 1-Bromopentane has more negative adsorption energy with SSEs than H2O based on first-principles calculations, thereby enhancing the moisture stability of SSEs because the hydrophobic long-chain alkyl tail of 1-bromopentane repels water molecules. Moreover, this amphipathic molecular layer has a negligible effect on ionic conductivity and can be removed reversibly by heating at low temperatures (e.g., 160 °C). This finding opens a new pathway for the surface engineering of moisture-sensitive SSEs and other energy materials, thereby speeding up their deployment in ASSBs.
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