Imágenes de resolución atómica de SALT. Crédito:ZHU Feng, Md Shafiqul Islam, ZHOU Lin, et al.
El 14 de abril El profesor Ma Cheng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China (CAS) y sus colegas informaron sobre un descubrimiento importante con respecto al mecanismo de migración de iones de litio en electrolitos sólidos para baterías. observando un nuevo tipo de característica microscópica que puede influir significativamente en el transporte iónico.
Los electrolitos sólidos son los componentes clave para la seguridad, denso en energía, Baterías totalmente de estado sólido. Antes de que se puedan desarrollar electrolitos sólidos altamente conductivos de una manera basada en el conocimiento, El mecanismo detrás de la migración de iones de litio debe entenderse a fondo. En muchos materiales, el éxito de esta tarea radica en si las "características no periódicas" pueden entenderse bien, porque tales características causan con frecuencia un cambio de órdenes de magnitud en la conductividad iónica. En el presente, solo dos tipos de características no periódicas, límites de grano y defectos puntuales, fueron considerados en la mayoría de los estudios.
El equipo de Ma descubrió un tipo adicional de característica no periódica que afecta profundamente el transporte iónico. Utilizando microscopía electrónica de transmisión con corrección de aberraciones, detectaron una gran cantidad de defectos en la capa de un solo átomo en un prototipo de electrolito sólido Li 0,33 La 0,56 TiO 3 . A diferencia de otras características no periódicas conocidas, el defecto observado es esencialmente un compuesto de capa de un solo átomo que emerge solo en un número limitado de planos atómicos. Debido a la simetría de estos planos, los defectos de orientación diferente casi siempre forman bucles cerrados.
"En realidad, hay muchos bucles de defectos de este tipo en el material, pero es muy dificil observarlos, "dijo el primer autor ZHU Feng, quien actualmente es un Ph.D. estudiante de USTC. "Solo son visibles a lo largo de determinadas orientaciones. Además, debido a su extrema delgadez y la distracción de otras microestructuras coexistentes, la presencia de estos defectos apenas se nota. Esto podría explicar por qué no se han informado hasta ahora ".
Se encontró que los defectos observados exhibían una configuración atómica que prohíbe completamente la migración de iones de litio a través de la capa del defecto. Como resultado, cuando tales defectos forman un circuito cerrado, Los iones de litio no pueden entrar ni salir del volumen interior, y esta parte del material queda así excluida del transporte iónico global. El volumen aislado de esta manera es tan alto como ~ 15%, lo que puede conducir a una reducción de uno a dos órdenes de magnitud en la conductividad iónica.
"El circuito defectuoso actúa como una trampa de iones de litio:evita que los iones de litio dentro del volumen cerrado se escapen, "dijo el profesor Ma Cheng de la USTC, el autor principal del estudio. "Como tal, aunque los defectos en sí mismos tienen solo un átomo de espesor, todavía pueden 'matar' volúmenes muy grandes del electrolito sólido, haciéndolos no conductores ".
Los científicos acuñaron el término "trampa de capa de un solo átomo" (SALT) para describir esta característica única. Su descubrimiento revela que las características no periódicas distintas de los límites de los granos y los defectos puntuales también pueden alterar en gran medida el transporte iónico, y que se necesitan con urgencia estudios similares sobre otros electrolitos sólidos.
