具有柔软阴离子晶格的高导电性抗钙钛矿

一种新的原子结构排列显示出开发固体材料制成的更安全电池的希望。京都大学综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的科学家设计了一种新型的“抗钙钛矿”，可以帮助人们替换目前锂离子电池中使用的易燃有机电解质。他们的发现发表在《自然通讯》杂志上。

钙钛矿化合物具有优异的导电能力以及其他特性，因此正在接受各种技术的测试和使用。它们可以由具有式ABX 3的原子的大组合制成，其中A和B是带正电的原子，X是带负电的原子。

最近，科学家一直在研究称为抗钙钛矿的化合物。它们颠倒了配方，将两种类型的带负电的“阴离子”和一种类型的带正电的“阳离子”结合在一起。它们还具有许多吸引人的特性，包括超导性，并且与大多数材料相比，加热时收缩。

富含锂和钠的抗钙钛矿，例如Li 3 OCl和Na 3 OCl，由于它们具有高的离子电导率和碱金属浓度而备受关注，这使其有望替代锂离子电池中使用的液体电解质。这项研究的负责人iCeMS固态化学家Hiroshi Kageyama解释说：“但是，要在固体材料中获得可比的锂离子电导率是一项挑战。”

影山和他的团队合成了一个新的富含锂和钠的抗钙钛矿家族，开始克服这个问题。它们的抗钙钛矿代替“硬”的氧和卤素阴离子，而包含氢阴离子(称为氢化物)和“软”硫属元素阴离子(如硫)。

科学家们对这些抗钙钛矿进行了广泛的理论和实验研究，发现软阴离子晶格为锂和钠离子提供了理想的传导路径，可以通过化学取代进一步增强这种传导路径。

这种新的抗钙钛矿家族的优势似乎部分归因于氢化物改变其尺寸和扩大其组成空间的能力。这有助于稳定化合物的结构。此外，其异常的振动模式有助于离子导电性。

影山说：“通过进一步的化学替代实验，仍有很大的改进空间。” “这最终可能导致用于高性能电动汽车的全固态金属离子电池中产生固态电解质。”