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Understanding the Structural Properties and the Stability of the Solid Electrolyte Material Li4PS4I with First-Principles Simulations

电解质 阳极 亚稳态 材料科学 锂(药物) 相(物质) 结构稳定性 化学物理 离子 硫化物 热力学 化学 化学工程 物理化学 电极 有机化学 医学 物理 结构工程 工程类 冶金 内分泌学
作者
Ahmad Al-Qawasmeh,El Mostafa Benchafia,Sufian Abedrabbo
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:170 (8): 080517-080517
标识
DOI:10.1149/1945-7111/acf0ed
摘要

In this study, First-Principles simulations were utilized to investigate the structural characteristics and address some of the stability issues of the solid electrolyte material Li 4 PS 4 I. The computational results indicate that unlike most ion-conducting systems, Li 4 PS 4 I does not exhibit a fully ordered phase that is stable at ambient conditions. Instead, the material prefers a disordered configuration at room temperature, and the configurational entropy arising from the disordered nature of the material plays a critical role in stabilizing the material. Additionally, a plausible metastable fully ordered phase of the material was identified, which was used to examine the structural properties and interface stability with Li anode of the material. Our analysis of the interface stability revealed that Li 4 PS 4 I is likely to react with Li anode, but the reaction is limited to the surface layers of the material. Furthermore, the comparison of the idealized interfaces with Li anode of Li 4 PS 4 I with the analogue γ − Li 3 PS 4 suggests that less P-S bonds are broken for Li 4 PS 4 I, which is attributed to the presence of Iodine on the surface. This finding supports the argument that the incorporation of Lithium iodine into sulfide-based electrolytes enhances their stability when in contact with a Li anode.
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