【儀表網 儀表研發】3月6日，中國科學院深圳先進技術研究院光子信息與能源材料研究中心助理研究員陸子恒與香港科技大學機械工程系教授Francesco Ciucci合作，提出固態電解質中離子超導的新機制并設計了新型低維反鈣鈦礦固態電解質。
固體電解質(固體電解質原位)從外部施加的電場通過離子能夠移動(電荷物質)固體。相反，可以利用離子的運動來吸收能量。用作固體氧化物燃料電池的發電材料和電解電容器的電極導體。
在金屬和半導體中，電流主要歸因于電子的運動，而在固體電解質中，電流主要歸因于離子的運動。移動的帶電粒子在作為離子電解質在溶液類似于，離子移動的介質低速是固體的，導電的在低溫下是低的。
固體陽離子的快速傳輸對于多種固態器件至關重要，其中突出的就是固態電池。作為有望替代現有鋰離子電池的下一代高比能、高安全儲能技術，固態電池受到了學界和產業界的廣泛關注。當前，固態電池的核心痛點之一是固態電解質的低離子電導率，其限制了固態電池在室溫下的輸出功率，也因此限制了固態電池的實際使用。目前，設計具有高離子電導率的固態電解質材料是固態離子學的核心課題之一，也是公認的難題。
固態電池是一種電池科技。與現今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。
由于科學界認為鋰離子電池已經到達極限，固態電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。固態鋰電池技術采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導物質，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。
受到光伏領域低維有機無機反鈣鈦礦的啟發，團隊提出了一種由基本“結構單元”逐層構建不同維度反鈣鈦礦晶體固態電解質的設計思路。團隊研究發現，低維結構中的聲子軟化現象能夠引起鋰離子的快速輸運。在此基礎上，團隊預測二維及二維以下的反鈣鈦礦不僅具有極高穩定性，還具有接近液態電解質的離子電導率(10 mS cm-1)。目前團隊正在積極合成這類材料并已取得一定進展。
電導率與溫度具有很大相關性。金屬的電導率隨著溫度的升高而減小。半導體的電導率隨著溫度的升高而增加。在一段溫度值域內，電導率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質在不同溫度狀況的電導率，必須設定一個共同的參考溫度。電導率與溫度的相關性，時常可以表達為，電導率對上溫度線圖的斜率。
該研究提出的由結構模板逐步搭建固態電解質的設計思路及聲子軟化致離子超導機制對下一代固態電池中關鍵材料的設計有重要指導作用。
資料來源：百科、深圳先進技術研究院
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