卤化物中锂离子传导的物理机制探究及优化设计
批准号:
52072240
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱虹
依托单位:
学科分类:
无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱虹
中文摘要
卤化物固态电解质材料有望同时兼顾离子传导、稳定性、电极兼容性等优点,但是目前所报道的卤化物最高室温离子电导率(~1mS/cm)仍无法与硫化物媲美。本项目将结合近年来所报道的提升锂离子电导率的设计思想,从固体中离子扩散物理出发,全面探究可提升指前因子D0和降低活化能垒Ea的影响因素,例如,阴离子超晶格结构、阴离子电荷、晶格体积、锂晶格振动性质、锂占据形式以及锂占据多面体畸变等,提出高效开发新型卤化物超离子导体的设计指导原则,厘清畸变氯化钠和纤锌矿结构卤化物的离子电导率高于尖晶石结构的根本原因,结合第一性原理高通量计算和实验获得具有高离子电导率、高热力学和电化学稳定性的卤化物锂离子超快导体材料。
英文摘要
Lithium halide compounds are promising solid electrolytes with good combinations of lithium ionic conductivity, stability and compatibility with electrodes. However, the reported highest room temperature conductivity of halides (~1mS/cm) still can not compete with sulfides. Based on the recently reported approach to enhance Lithium ionic conductivity as well as the ionic diffusion physics in solids, we will systematically investigate the critical factors to increase the prefactor D0 and decrease the activation energy Ea, e.g., the anion super lattice, the anion charge, lattice volume, Li vibration, Li coordination environment and distortions of polyhedrons. The eventual goal of this project is to provide important guidance to the halide solid electrolyte materials design and to understand the superior Li ionic conductivity in the halide electrolyte with distorted NaCl and wurtzite structure compared to that with spinel structure. The high-throughput first-principle calculations and experiment will be performed to develop the advanced halide superionic conductors with high ionic conductivity, high thermal and chemical stabilities.
随着电动汽车和移动电子器件的快速发展和广泛需求,开发具有更大能量密度、更高安全性以及更长循环寿命的全固态锂离子电池势在必行。相较于其他固态电解质材料,卤化物固态电解质有望同时兼顾快离子传导、稳定性及电极兼容性。虽然近年来卤化物体系离子电导率不断提升,但其中离子传导的限制性因素和优化设计准则尚不明晰。本项目主要围绕(1)多因子耦合固态离子传导机理探究、(2)卤化物固态电解质物性的理论计算与预测、(3)高离子电导率卤化物固态电解质设计与实验验证三个方面展开研究。目前取得以下主要成果:.(1)建立卤化物固态电解质计算物性数据库:通过第一性原理高通量计算,建立卤化物固态电解质的晶体结构、电子结构、稳定性、锂离子传导性能等基础性能数据库。数据库包含500余个体系,涉及多种卤素和金属元素组合,理论预测多种高性能卤化物固态电解质,如Li3LaI6、Li3Sc0.5Y0.5Cl3Br3等。.(2)探究静态因子对离子传导的耦合作用:利用第一性原理和机器学习方法,研究影响不同锂占位的FCC亚晶格固态电解质材料,如Li2MO3和LiMS2,揭示阴离子电荷、体积、畸变度等对离子迁移的耦合作用,建立锂离子能垒预测模型。揭示对具有T-O-T迁移路径的固态电解质,高畸变度、大阴离子体积、低阴离子电荷可降低能垒。而具有O-T-O迁移路径的材料,低畸变度、小阴离子体积、高阴离子电荷可降低能垒。.(3)揭示多面体旋转动力学与离子迁移的关联:筛选具有高聚阴离子旋转动力学的固态电解质材料,如NaXY4 (X = In, Al, Ga; Y = I, Br), NaXCl6 (X = Ta, Nb)等卤化物体系,定量分析旋转对离子迁移的贡献和耦合作用强度。通过将聚阴离子引入含卤素反钙钛矿结构框架,理论筛选具有高稳定性、宽电化学窗口、高离子电导率的体系,如Li2(OH)0.9Br0.1Cl、Li3BrSO4等。部分预测的卤化物材料被成功合成且具有大于1mS/cm的离子电导率。.本项目着重探究静态因子和动态因子对卤化物固态电解质离子电导率的耦合影响机制,对理解和设计新型高离子电导率材料具有理论指导意义。在SCI期刊发表21篇论文,培养了博士毕业生3名,硕士毕业生2名。
基于电子结构调控的耐蚀镁合金设计方法研究
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批准号:25TS1400300
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:朱虹
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依托单位:
卤化物中锂离子传导的物理机制探究及优化设计
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批准号:82001645
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:朱虹
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依托单位:
宫内高糖环境影响Apobec1介导的子代胰岛DNA去甲基化机制研究
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批准号:82001645
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:朱虹
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依托单位:
具有声子玻璃电子晶体特征的三元层状热电材料的高通量计算
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批准号:51602196
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:朱虹
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依托单位:
国内基金
海外基金