Humid‐Air Stable and High‐conductivity Fluoride Solid Electrolytes Induced by Liquid Metal Activation and Ga2O3 in situ Catalysis

材料科学 电导率 氟化物 电解质 催化作用 快离子导体 金属 化学工程 原位 电阻率和电导率 无机化学 电极 物理化学 冶金 有机化学 化学 电气工程 工程类
作者
Xianhui Nie,Jiulin Hu,Lei Meng,G. S. Li,Yuhan Zeng,Chilin Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202402997
摘要

Abstract Poor humid air stability and bad compatibility with lithium metal anode are two critical challenges currently encountered with halide solid‐state electrolytes (SSEs). Fluoride SSEs are expected to solve these problems owe to their superior chemical and electrochemical stability, but they are now plagued by inadequate room‐temperature ionic conductivity. Herein, a novel fluoride SSE is reported with Li 3 GaF 5.3 Cl 0.7 as the main phase, which is synthesized via in situ oxidation of liquid metal gallium and in situ chlorination by LiCl. The in situ generated Ga 2 O 3 not only function as a catalyst to solve the kinetic retardation of solid‐phase synthesis by promoting the dissociation of LiF, but also serves as a soft template to regulate the growth of Li 3 GaF 5.3 Cl 0.7 nanoparticles. The optimized SSE exhibits an ionic conductivity close to 10 −4 S cm −1 at room‐temperature and outstanding humidity tolerance (without conductivity degradation after exposure to a relative humidity up to 35%). A biphenyl complexed Li anode (BP‐Li) is introduced to solve the problem of bad compatibility between anode and halide SSE. The BP‐Li symmetric cell exhibits a long lifespan over 1800 h at 0.1 mA cm −2 . The stabilization of cycling is derived from the intrinsically homogenous electric field induced by the unpaired electrons delocalized in aromatic rings of BP.
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