AFM：Sc掺杂富钠NASICON固体电解质高离子电导率的来源

兔兔

2021-05-31

以固体电解质（SSEs）替代液体电解质已成为可充电电池研究中一个迫切而富有挑战性的领域。NASICON（Na₃Zr₂Si₂PO₁₂）具有较高的离子导电性和较低的热膨胀率，是钠离子电池中最有潜力的SSEs之一。研究表明，Sc掺杂可以使NASICON的离子电导率提高到10⁻³ S cm⁻¹，但其机理尚未完全了解。有鉴于此，苏州大学孙旭辉教授、厦门大学杨勇教授和西安大略大学孙学良教授、Tsun-Kong Sham等人通过先进表征技术深入了解了Sc掺杂富钠NASICON固体电解质高离子电导率的机理。

本文要点：

1）制备了一系列Na_3+xSc_xZr_2-xSi₂PO₁₂（0 ≤ x ≤ 0.5）SSE。这项研究成功地将Sc掺杂到Na₃Zr₂Si₂PO₁₂中取代Zr原子。为了深入了解离子传输机理，采用基于同步加速器的X射线吸收光谱（XAS）来表征电子结构，并使用固态核磁共振（SS-NMR）来分析动力学。

2）钠离子在特定位置的再分布被证明是钠离子运动的关键。当x≤0.3时，钠离子运动的促进是由于钠离子浓度在Na2位点升高，在Na1和Na3位点降低。当x>0.3时，钠离子运动的抑制是由于相变从单斜晶向菱面体和杂质含量的增加。

深入了解NASICON电解质中的机制和离子迁移对于未来进一步提高各种固体电解质的离子电导率具有重要意义。

Fei Sun et al. Origin of High Ionic Conductivity of Sc-Doped Sodium-Rich NASICON Solid-State Electrolytes. Adv. Funct. Mater. 2021, 2102129.

DOI: 10.1002/adfm.202102129.

https://doi.org/10.1002/adfm.202102129