中國科學技術大學教授馬騁課題組與中外學者合作，在鋰電池固態電解質的離子傳輸機理研究方面取得重要發現。研究者用球差校正透射電鏡直接觀測到了一種奇特的非周期性結構。該研究成果近日發表于《自然—通訊》。

通過球差校正透射電鏡對一種經典固態電解質鋰鑭鈦氧進行觀測，研究者發現大量單原子層缺陷。不同于晶界、層錯等已知的非周期性結構，這種缺陷由一層化學成分、原子排列都不同于鋰鑭鈦氧的單原子層物質組成，并且它們只會沿著特定的晶體學取向出現。這一微觀特質導致所觀察到的單原子層缺陷常常相互連接，形成閉合回路。

“這種非周期性結構就像單原子層構筑的‘圍城’，里面的鋰離子出不來，外面的鋰離子進不去。”馬騁說，“因此，盡管它們本身只有一個原子層厚，但卻可以讓相當一部分體積的材料無法參與離子傳輸，從而大幅降低材料整體的鋰離子傳輸效率。”

基于球差校正透射電鏡的觀測結果，研究者通過理論計算發現這些缺陷盡管只有一個原子層厚，但其特殊的原子構型卻可以徹底阻止鋰離子在垂直方向上穿過。因此，當它們相互結合形成閉合回路后，鋰離子無法進入或離開被缺陷封閉的空間，從而導致這部分材料被隔絕于整體的離子傳輸之外。電鏡觀測已證實該現象在樣品中大量存在，而離子電導率將因此下降約1~2個數量級。

研究者把這種獨特的非周期性結構命名為“單壁鋰阱”。它的發現表明除了晶界、點缺陷以外的非周期性結構也有可能強烈地影響離子傳輸，因此在其它重要體系中也急需開展類似的研究。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-15544-x

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