目前人們通過研究發(fā)現,固態(tài)電池能夠有效的避免易燃性,而且能夠使用Li金屬作為陽極,因此人們普遍認為固態(tài)電池是實現安全性更高、能量密度更大的電池技術。通過聚合物-陶瓷復合物作為電解質可能為固態(tài)電池提供機會,這是因為聚合物-陶瓷復合固體電解質能夠將聚合物電解質的機械力學優(yōu)點和陶瓷電解質的熱穩(wěn)定性和高導電性優(yōu)勢結合。
有鑒于此,阿爾卑斯-格勒諾布爾大學Renaud Bouchet等報道研究各種不同的液體電解質作為聚合物電解質的模型,評價添加各種不同的多孔致密陶瓷電解質對導電性的影響。研究結果與等效介質理論(effective medium theory)很好的吻合,因此能夠預測復合電解質的導電性。作者認為這種高導電性的多孔粒子在體系中起到絕緣作用,致密粒子作為導電作用,通過這項研究得以更加深入的理解復合電解質導電機理。
本文要點:
(1)當液體/聚合物介質種的陶瓷顆粒濃度低于滲流閾值,通過基于有效介質理論的模型能夠很好的對各種實驗現象進行解釋。向粘彈性的電解液中引入多孔顆粒,不論電解液和鹽的濃度為多少,都能夠系統(tǒng)性的降低導電性。這種現象是一種微結構效應,導電性降低的唯一原因是其多孔結構。陶瓷晶粒-晶粒之間的接觸點是電流的堵塞點(接觸點的導電性比體相導電性低兩個數量級),因此導致固體的整體結構表現為絕緣。只有當電解液被陶瓷材料分解,才能發(fā)現導電性提高的現象,比如PEG-240和LLZO混合的情況。不同之處是,只要是陶瓷材料的導電性高于液體電解質,加入致密顆粒就可以提高復合材料的導電性。這項研究結果為優(yōu)化電解液復合物提供方法和道路。
(2)在陶瓷固體顆粒處于低濃度,觀測發(fā)現一些表面現象(比如雙電層的電荷累積作用對導電起到重要影響),當陶瓷固體顆粒的濃度非常高,表面導電性不會明顯改善導電性。聚合物可能通過陶瓷顆粒之間相互作用產生局部效應,并且影響陶瓷顆粒附近的表面導電性。此外,作者在陶瓷顆粒/液體電解液的界面上并沒有發(fā)現影響離子的電荷轉移電阻,說明這種效應對該體系的影響作用非常弱。


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原文標題:Nature Mater:固體陶瓷顆粒調節(jié)聚合物電解質導電性
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