我校在全固态电池关键材料领域取得新突破

近日，我校材料科学与工程学院项宏发教授研究团队在全固态电池固态电解质材料的制备与应用领域取得重要突破。基于理论设计筛选具有Na⁺共面结构的LaCl₃基材料——NaLaCl₄，引入Zr⁴⁺掺杂调控Na⁺迁移势垒，制备出具有高离子电导率的新型钠离子卤化物固态电解质Na_0.7Zr_0.3La_0.7Cl₄材料，相关研究成果以“LaCl₃-based sodium halide solid electrolytes with high ionic conductivity for all-solid-state batteries”为题发表在著名综合期刊《Nature Communications》上，文章第一作者是材料学院博士生傅成宇，通讯作者是冯绪勇教授和项宏发教授，我校为唯一通讯单位。

固态电池具有本征高安全性和高能量密度优势，是目前电化学储能领域的研究热点，而固态电解质是固态电池的关键材料。离子在固体中的快速传导是固态电解质材料设计的核心要求。固体中的离子传导速率普遍较低，是限制固态电解质材料和全固态电池发展的关键难题。我校项宏发教授团队基于快离子导体结构特征分析，构造载流子共面分布能实现较短的离子迁移和较低的迁移活化能，是实现高离子电导率的重要方法。通过筛选具有Na⁺共面结构的LaCl₃基材料（NaLaCl₄），引入Zr⁴⁺离子掺杂调控Na⁺迁移通道大小，从而制备出具有高离子电导率的新型钠离子卤化物固态电解质Na_0.7Zr_0.3La_0.7Cl₄。进一步结合分子动力学模拟、X射线吸收精细结构谱等对其精细结构和离子传导机制进行分析，验证了共面结构和离子迁移通道大小对离子传导速率的影响。该成果为新型高性能固态电解质的设计与制备提供了理论依据和重要实例。

本项工作是在中国科学技术大学、安徽大学等单位合作下共同完成。该项研究获得国家自然科学基金、安徽省杰出青年基金、安徽省揭榜挂帅项目、安徽省重点研发计划项目等项目的支持。