Imaging the diffusion pathway of Al 3+ ion in NASICON-type (Al 0.2 Zr 0.8 ) 20/19 Nb(PO 4 ) 3 as electrolyte for rechargeable solid-state Al batteries

快离子导体 材料科学 离子 空位缺陷 透射电子显微镜 扩散 中子衍射 硫族元素 结晶学 热传导 电解质 晶体结构 纳米技术 热力学 化学 物理化学 电极 物理 复合材料 有机化学
作者
Jie Wang,Chunwen Sun,Yudong Gong,Huairuo Zhang,José Antonio Alonso,M. T. Fernández‐Díaz,Zhong Lin Wang,John B. Goodenough
出处
期刊:Chinese Physics B [IOP Publishing]
卷期号:27 (12): 128201-128201 被引量:38
标识
DOI:10.1088/1674-1056/27/12/128201
摘要

Among all-solid-state batteries, rechargeable Al-ion batteries have attracted most attention because they involve three-electron-redox reactions with high theoretic specific capacity. However, the solid Al-ion conductor electrolytes are less studied. Here, the microscopic path of Al3+-ion conduction of NASICON-type (Al0.2Zr0.8)20/19Nb(PO4)3 oxide is identified by temperature-dependent neutron powder diffraction and aberration-corrected scanning transmission electron microscopy experiments. (Al0.2Zr0.8)20/19Nb(PO4)3 shows a rhombohedral structure consisting of a framework of (Zr,Nb)O6 octahedra sharing corners with (PO4) tetrahedra; the Al occupy trigonal antiprisms exhibiting extremely large displacement factors. This suggests a strong displacement of Al ions along the c axis of the unit cell as they diffuse across the structure by a vacancy mechanism. Negative thermal expansion behavior is also identified along a and b axes, due to folding of the framework as temperature increases.

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