Yttrium–Sodium Halides as Promising Solid-State Electrolytes with High Ionic Conductivity and Stability for Na-Ion Batteries

离子电导率 电解质 钇 钠 快离子导体 卤化物 材料科学 无机化学 电导率 离子键合 固态 离子 氧化物 化学 物理化学 冶金 电极 有机化学
作者
Yu Qie,Shuo Wang,Sijie Fu,Huanhuan Xie,Qiang Sun,Puru Jena
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (9): 3376-3383 被引量:98
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.0c00010
摘要

Abstract All-solid-state sodium-ion batteries (ASIBs) are promising candidates for large-scale energy storage applications. To build such a battery system, efficient solid-state electrolytes (SSEs) with high sodium ionic conductivity at room temperature and good electrochemical stability as well as interface compatibility are required. In this work, using density functional theory combined with molecular dynamics simulation and a phase diagram, we have studied the potential of yttrium halide-based materials (Na3YX6, where X = Cl or Br) with inherent cation vacancies as diffusion carriers for solid electrolytes in ASIBs. A great balance between electrochemical stability and ionic conductivity found in these two systems overcomes the shortcomings of sulfide- and oxide-based SSEs. In particular, these two materials show Na+ conductivities of 0.77 and 0.44 mS cm–1 at 300 K and wide electrochemical windows of 0.51–3.75 and 0.57–3.36 V, and good interfacial stability with Na metal anode and high-potential polyanion (fluoro)­phosphate cathode materials, respectively. These features make halide-based materials promising efficient solid-state electrolytes for Na-ion batteries.
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