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锂-硼-硫结晶体系中结合超离子传导和有利的分解产物:稳定固体锂离子电解质的新机制。
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-07-23 , DOI: 10.1021/acsami.9b19091 Austin D Sendek 1, 2, 3 , Evan R Antoniuk 4 , Ekin D Cubuk 5 , Brandi Ransom 2 , Brian E Francisco 6 , Josh Buettner-Garrett 6 , Yi Cui 2 , Evan J Reed 2
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-07-23 , DOI: 10.1021/acsami.9b19091 Austin D Sendek 1, 2, 3 , Evan R Antoniuk 4 , Ekin D Cubuk 5 , Brandi Ransom 2 , Brian E Francisco 6 , Josh Buettner-Garrett 6 , Yi Cui 2 , Evan J Reed 2
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我们报告了一种固态锂离子电解质,该电解质有望同时展现出快速的离子电导率,宽的电化学稳定性,低成本和低质量密度。我们报告了基于出色的密度泛函理论(DFT)的室温单晶锂-硼-硫(Li-BS)体系中两相的室温离子电导率值:62(+9,-2)mS cm -1在李5乙7小号13和80(-56,-41)。MS厘米-1的Li 9乙19 š 33。我们报告了两个附加相的重要离子电导率值:在Li 2 B 2 S中为0.0056至0.16 mS / cm –1之间Li 3 BS 3中为5和0.0031至9.7 mS cm –1之间,具体取决于所使用的室温外推方案。据我们所知,我们的预测使Li 9 B 19 S 33和Li 5 B 7 S 13成为任何晶体材料的DFT计算的单晶离子电导率的第二和第三高。我们计算出这些材料的热力学电化学稳定性窗口宽度对于Li 5 B 7 S 13为0.50 V,对于Li 2 B 2 S 5为0.16 V,对于Li为0.45 V3 BS 3和0.60 V的Li 9 B 19 S 33。与包括Li 10 GeP 2 S 12(LGPS)在内的最著名的基于硫化物的固态锂离子电解质材料相比,这些材料分别具有相似或更好的离子电导率和电化学稳定性。但是,我们预测,由Li–B–S系统中的各种成分合成的电解质材料可能会显示出更宽的0.63 V的热力学电化学稳定性窗口,并可能高达3 V或更高。Li–B–S系统的基本成本也很低,约为0.05 USD / m 2每10μm厚度,明显低于含锗LGPS的厚度,并且质量密度低于2 g / cm 3。这些快速传导阶段最初是通过基于机器学习的方法来筛选12,000多种固体电解质候选物而引起我们注意的,此处提供的证据表明该模型取得了令人鼓舞的成功。
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更新日期:2020-08-26
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