Effect of Cation Disorder on Lithium Transport in Halide Superionic Conductors

卤化物 锂(药物) 导电体 化学物理 材料科学 快离子导体 无机化学 化学 物理化学 电解质 复合材料 电极 医学 内分泌学
作者
Peichen Zhong,Sunny Gupta,Bowen Deng,KyuJung Jun,Gerbrand Ceder
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (6): 2775-2781 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c00799
摘要

Li2ZrCl6 (LZC) is a promising solid-state electrolyte due to its affordability, moisture stability, and high ionic conductivity. We computationally investigate the role of cation disorder in LZC and its effect on Li-ion transport by integrating thermodynamic and kinetic modeling. The results demonstrate that fast Li-ion conductivity requires Li-vacancy disorder, which is dependent on the degree of Zr disorder. The high temperature required to form equilibrium Zr disorder precludes any equilibrium synthesis processes for achieving fast Li-ion conductivity, rationalizing why only nonequilibrium synthesis methods, such as ball-milling, lead to good conductivity. Our simulations show that Zr disorder lowers the Li/vacancy order–disorder transition temperature, which is necessary for creating high Li diffusivity at room temperature. These insights raise a challenge for the large-scale production of these materials and the potential for long-term stability of their properties.
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