新型“反钙钛矿”或将取代易燃液体电解质 用于全固态金属离子电池

一种新型原子结构排列或将推动固态电池的发展。目前的锂离子电池中通常含有液态电解质，与其相比，固态电池使用固体电极和固体电解质，不仅能量密度大，而且安全性能好。

据外媒报道，京都大学综合电池材料科学研究所（ iCeMS）的科学家设计了一种新型“反钙钛矿”固体材料，有望取代目前锂离子电池使用的易燃有机液体电解质。

钙钛矿化合物具有优异的导电能力及其他性能，在大量技术中得到测试和应用。这种材料由原子式为ABX3的大量原子组合而成，其中A和B是带正电的原子，而X是带负电的原子。

最近，科学家们一直在尝试开发一种名为反钙钛矿的化合物。这种材料颠倒上述原子式，将两种带负电荷的“阴离子”和一种带正电的“阳离子”结合在一起，还具有许多有趣的特性，如超导性。与大多数材料不同的是，它们在受热时会收缩。

富锂、富钠反钙钛矿，如Li3OCl和Na3OCl，具有较高的离子导电性和碱金属浓度，有望取代锂离子电池中的液体电解质。研究负责人、iCeMS固态化学家Hiroshi Kageyama表示：“谈到使固体材料实现类似锂离子导电性，这方面的研究一直具有挑战性。”

Kageyama及其团队合成了新系列富锂钠反钙钛矿，以克服这一问题。这种反钙钛矿中不含有“硬”氧和卤素阴离子，而是一种氢离子（氢化物）和“软”硫族阴离子（如硫）。通过大量理论和实验研究，科学家们发现，在这些反钙钛矿中，软阴离子晶格为锂离子和钠离子提供了理想的导电路径，并可通过使用化学替代品来增强这一性能。据推测，这些性能优势部分归功于氢化物，这种物质具有改变大小和扩大组合空间的能力。这有助于稳定化合物的结构。此外，其反常振动模式有助于提升离子导电性。

Kageyama表示：“为了开发固态电解质，并将其应用于高性能电动汽车的全固态金属离子电池，可以利用化学替代品继续进行实验，其中仍有很大的改进空间。”