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Energy and Environmental Sciences
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Anomalous superionic conductivity in van der Waals lithium thiophosphates triggered by interlayer molecules
Liang J.; Wu Y.; Sun Z.; Zeng C.; Liu Y.; Zhao Y.; Zhai T.; Li H.
Published：2024-01-01
DOI：10.1039/d4ee00500g
研究背景
在当今社会，能源存储和转换一直是备受关注的话题。然而，传统的固体超离子导体（SICs）通常具有三维离子扩散通道，限制了其在实际应用中的效率。因此，如何提高固体超离子导体的离子传导速度成为当前研究领域的一个重要问题。
研究内容
最近，一项名为《Anomalous superionic conductivity in van der Waals lithium thiophosphates triggered by interlayer molecules》的研究发表在《Energy and Environmental Science》期刊上。研究团队发现了一种二维层状材料LiInP<sub>2</sub>S<sub>6</sub>，在理论上具有较低的离子导电性，但在实际应用中却表现出异常的超离子行为。当这种材料暴露在潮湿的空气中时，会自发地吸收水分子，形成水合晶体，导致室温离子导电性显著增加，高达5.3 × 10<sup>−3</sup> S cm<sup>−1</sup>，比无水相相比提高了4个数量级。此外，水分子的吸附/释放过程高度可逆，不会造成结构损坏。结构分析和理论计算证实，层间分子会重新分布电荷，并降低离子迁移的能垒（从0.64降至0.25电子伏），为快速Li<sup>+</sup>扩散提供了连续的三维通道。研究揭示了这种分子辅助的离子迁移行为实质上遵循固态迁移机制，尽管其离子导电性达到液体电解质水平，这使得水合LiInP<sub>2</sub>S<sub>6</sub>即使在-40°C冷却时也具有有用的离子导电性。该研究为超离子导体的发展提供了新的见解。
研究意义
这项研究的创新点在于发现了水分子对于提高固体超离子导体的离子传导速度起到了关键作用。通过水合晶体的形成，使得材料的离子传导性能大幅提升，为超离子导体的设计和开发提供了新的思路。这项研究有望为未来能源存储和转换技术的发展带来重要启示。
希望这篇文章能够帮助你更好地了解这一重要的研究成果！
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