Le 14 avril, Le professeur Ma Cheng de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et ses collègues ont rapporté une découverte importante concernant le mécanisme de migration des Li-ions dans les électrolytes solides pour les batteries, l'observation d'un nouveau type de caractéristique microscopique qui peut influencer de manière significative le transport ionique.

Les électrolytes solides sont les composants clés pour la sécurité, dense en énergie, batteries entièrement à l'état solide. Avant que des électrolytes solides hautement conducteurs puissent être développés d'une manière basée sur les connaissances, le mécanisme derrière la migration Li-ion doit être parfaitement compris. Dans de nombreux matériaux, le succès de cette tâche réside dans le fait de savoir si les « caractéristiques non périodiques » peuvent être bien comprises, car de telles caractéristiques provoquent fréquemment un changement de plusieurs ordres de grandeur dans la conductivité ionique. Maintenant, seulement deux types de caractéristiques non périodiques, joints de grains et défauts ponctuels, ont été pris en compte dans la plupart des études.

L'équipe de Ma a découvert un type supplémentaire de caractéristique non périodique qui affecte profondément le transport ionique. En utilisant la microscopie électronique à transmission avec correction d'aberrations, ils ont repéré un grand nombre de défauts à couche unique dans un prototype d'électrolyte solide Li 0,33 La 0,56 TiO 3 . Contrairement à d'autres caractéristiques non périodiques bien connues, le défaut observé est essentiellement un composé monocouche qui n'émerge que sur un nombre limité de plans atomiques. En raison de la symétrie de ces plans, les défauts orientés différemment forment presque toujours des boucles fermées.

"Il y a en fait beaucoup de telles boucles de défauts dans le matériau, mais il est très difficile de les observer, " a déclaré le premier auteur ZHU Feng, qui est actuellement titulaire d'un doctorat. étudiant de l'USTC. "Ils ne sont visibles que le long de certaines orientations. De plus, en raison de leur extrême finesse et de la distraction d'autres microstructures coexistantes, la présence de ces défauts est à peine remarquée. Cela pourrait expliquer pourquoi ils n'ont pas été signalés jusqu'à présent."

Les défauts observés présentent une configuration atomique qui interdit complètement la migration des ions Li à travers la couche de défauts. Par conséquent, lorsque de tels défauts forment une boucle fermée, Les ions Li ne peuvent ni entrer ni sortir du volume à l'intérieur, et cette partie de matière est donc exclue du transport ionique global. Le volume isolé de cette façon est aussi élevé que ~ 15%, ce qui peut conduire à une réduction d'un à deux ordres de grandeur de la conductivité ionique.

"La boucle de défaut agit comme un piège Li-ion :elle empêche les ions Li dans le volume clos de s'échapper, " a déclaré le professeur Ma Cheng de l'USTC, l'auteur principal de l'étude. "En tant que tel, bien que les défauts eux-mêmes ne soient minces que d'un atome, ils peuvent encore "tuer" de très gros volumes d'électrolyte solide, les rendant non conducteurs."

Les scientifiques ont inventé le terme « piège à couche unique » (SALT) pour décrire cette caractéristique unique. Sa découverte révèle que des caractéristiques non périodiques autres que les joints de grains et les défauts ponctuels peuvent également altérer grandement le transport ionique, et que des études similaires sont nécessaires de toute urgence sur d'autres électrolytes solides.