锂离子传导固体电解质的空间电荷层显示不会引起大电阻

中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)马成教授领导的研究团队发现，锂离子导电电解质中的大电阻不是由空间电荷层引起的，与过去几十年的看法相反。

与采用液态电解质的商用锂离子电池相比，全固态锂电池在实现理想能量密度方面更安全、更有前景。在全固态锂电池中，空间电荷层在各种固-固界面附近产生，之前认为这会导致较大的界面电阻：空间电荷层在晶界附近形成锂离子浓度极低的区域，这限制了离子迁移效率。

为了彻底了解空间电荷层对离子传输的实际影响，该团队使用原子分辨率高角度环形暗场(HAADF)扫描透射电子显微镜(STEM)在原子尺度上对材料进行了直接观察。

令人惊讶的是，研究人员发现晶界附近的锂离子浓度高于平均水平。他们确定了这些过量锂离子在晶格中的位置。然后，研究人员结合理论计算和电化学测试，发现这种晶体结构能够实现相当有效的离子传输，这与普遍接受的假设相反。

这一发现不仅阐明了空间电荷层的作用，也为全固态电池的界面优化提供了指导规律。有关晶界附近详细原子结构的信息对于理解固体电解质的物理性质也是必不可少的。

该论文发表在《自然通讯》杂志上。