Superionic Diffusion through Frustrated Energy Landscape

能源景观 扩散 化学物理 材料科学 统计物理学 纳米技术 热力学 物理
作者
Davide Di Stefano,Anna Miglio,Koen Robeyns,Yaroslav Filinchuk,Marine Lechartier,Anatoliy Senyshyn,Hiroyuki Ishida,Stefan Spannenberger,Denise Prutsch,Sarah Lunghammer,Daniel Rettenwander,Martin Wilkening,Bernhard Roling,Yuki Kato,Geoffroy Hautier
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:5 (9): 2450-2460 被引量:135
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2019.07.001
摘要

Solid-state materials with high ionic conduction are necessary for many technologies, including all-solid-state lithium (Li)-ion batteries. Understanding how crystal structure dictates ionic diffusion is at the root of the development of fast ionic conductors. Here, we show that LiTi2(PS4)3 exhibits a Li-ion diffusion coefficient about an order of magnitude higher than that of current state-of-the-art Li superionic conductors. We rationalize this observation by the unusual crystal structure of LiTi2(PS4)3, which offers no regular tetrahedral or octahedral sites for Li to favorably occupy. This creates a smooth, frustrated energy landscape resembling the energy landscapes present in liquids more than those in typical solids. This frustrated energy landscape leads to a high diffusion coefficient, combining low activation energy with a high pre-factor.

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