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Design and Synthesis of Cubic K3−2xBaxSbSe4 Solid Electrolytes for K–O2 Batteries

材料科学 阳极 电解质 快离子导体 单斜晶系 钽酸盐 晶格常数 离子电导率 相(物质) 分析化学(期刊) 晶体结构 结晶学 铁电性 冶金 物理化学 电极 电介质 化学 有机化学 物理 衍射 光学 光电子学 色谱法
作者
Jieren Shao,Huiling Ao,Lei Qin,Jocelyn Elgin,Curtis E. Moore,Yehia Khalifa,Songwei Zhang,Yiying Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (48) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adma.202306809
摘要

Developing K-ion conducting solid-state electrolytes (SSEs) plays a critical role in the safe implementation of potassium batteries. In this work, a chalcogenide-based potassium ion SSE is reported, K3 SbSe4 , which adopts a trigonal structure at room temperature. Single-crystal structural analysis reveals a trigonal-to-cubic phase transition at the low temperature of 50 °C, which is the lowest among similar compounds and thus provides easy access to the cubic phase. The substitution of barium for potassium in K3 SbSe4 leads to the creation of potassium vacancies, expansion of lattice parameters, and a transformation from a trigonal phase to a cubic phase. As a result, the maximum conductivity of K3-2x Bax SbSe4 reaches around 0.1 mS cm-1 at 40 °C for K2.2 Ba0.4 SbSe4 , which is over two orders of magnitude higher than that of undoped K3 SbSe4 . This novel SSE is successfully employed in a K-O2 battery operating at room temperature where a polymer-laminated K2.2 Ba0.4 SbSe4 pellet serves as a separator between the oxygen cathode and the potassium metal anode. Effective protection of the K metal anode against corrosion caused by O2 is demonstrated.
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