一種新的原子結(jié)構(gòu)排列顯示出開發(fā)固體材料制成的更安全電池的希望。京都大學綜合細胞材料科學研究所(iCeMS)的科學家設(shè)計了一種新型的“抗鈣鈦礦”，可以幫助人們替換目前鋰離子電池中使用的易燃有機電解質(zhì)。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

鈣鈦礦化合物具有優(yōu)異的導電能力以及其他特性，因此正在接受各種技術(shù)的測試和使用。它們可以由具有式ABX 3的原子的大組合制成，其中A和B是帶正電的原子，X是帶負電的原子。

最近，科學家一直在研究稱為抗鈣鈦礦的化合物。它們顛倒了配方，將兩種類型的帶負電的“陰離子”和一種類型的帶正電的“陽離子”結(jié)合在一起。它們還具有許多吸引人的特性，包括超導性，并且與大多數(shù)材料相比，加熱時收縮。

富含鋰和鈉的抗鈣鈦礦，例如Li 3 OCl和Na 3 OCl，由于它們具有高的離子電導率和堿金屬濃度而備受關(guān)注，這使其有望替代鋰離子電池中使用的液體電解質(zhì)。這項研究的負責人iCeMS固態(tài)化學家Hiroshi Kageyama解釋說：“但是，要在固體材料中獲得可比的鋰離子電導率是一項挑戰(zhàn)。”

影山和他的團隊合成了一個新的富含鋰和鈉的抗鈣鈦礦家族，開始克服這個問題。它們的抗鈣鈦礦代替“硬”的氧和鹵素陰離子，而包含氫陰離子(稱為氫化物)和“軟”硫?qū)僭仃庪x子(如硫)。

科學家們對這些抗鈣鈦礦進行了廣泛的理論和實驗研究，發(fā)現(xiàn)軟陰離子晶格為鋰和鈉離子提供了理想的傳導路徑，可以通過化學取代進一步增強這種傳導路徑。

這種新的抗鈣鈦礦家族的優(yōu)勢似乎部分歸因于氫化物改變其尺寸和擴大其組成空間的能力。這有助于穩(wěn)定化合物的結(jié)構(gòu)。此外，其異常的振動模式有助于離子導電性。

影山說：“通過進一步的化學替代實驗，仍有很大的改進空間。” “這最終可能導致用于高性能電動汽車的全固態(tài)金屬離子電池中產(chǎn)生固態(tài)電解質(zhì)。”