与传统的液体电解质电池相比，全固态锂电池有望在能量密度和安全性方面取得显著改善。Al掺杂的AlxLi 7 - 3xLa 3 Zr 2 O 12（LLZO）固态电解质由于其高离子电导率和良好的热、化学和电化学稳定性而显示出优异的潜力。然而，LLZO的电化学和机械性能的进一步改善需要对其局部微观结构的深刻理解。在这里，我们采用布拉格相干衍射成像调查的原子位移内的单个晶粒的LLZO与各种Al掺杂浓度，导致立方，四，和四-四混合结构。我们观察到共存的领域中的不同的晶体取向的tetraxide结构。我们进一步表明，Al掺杂导致晶体缺陷，如位错和相边界的混合相和双相晶粒。该研究解决了Al掺杂对LLZO单个晶粒内的纳米结构的影响，这对于固态电池的未来发展具有参考价值。
英文摘要：
All-solid-state lithium batteries promise significant improvements in energy density and safety over traditional liquid electrolyte batteries. The Al-doped AlxLi7-3xLa3Zr2O12 (LLZO) solid-state electrolyte shows excellent potential given its high ionic conductivity and good thermal, chemical, and electrochemical stability. Nevertheless, further improvements on LLZOs electrochemical and mechanical properties call for an incisive understanding of its local microstructure. Here, we employ Bragg Coherent Diffractive Imaging to investigate the atomic displacements inside single grains of LLZO with various Al-doping concentrations, resulting in cubic, tetragonal, and cubic-tetragonal mixed structures. We observe coexisting domains of different crystallographic orientations in the tetragonal structure. We further show that Al doping leads to crystal defects such as dislocations and phase boundary in the mixed- and cubic-phase grain. This study addresses the effect of Al-doping on the nanoscale structure within individual grains of LLZO, which is informative for the future development of solid-state batteries.
Synergetic Enhancement on Bulk and Grain Boundary Ionic Conduction of Mg Doped High-Entropy NASICON-Type Solid Electrolyte for Solid-State Na+ Batteries by Spray Flame Synthesis
Unraveling impacts of polycrystalline microstructures on ionic conductivity of ceramic electrolytes by computational homogenization and machine learning
Potential jumps at transport bottlenecks cause instability of nominally ionic solid electrolytes in electrochemical cells
电化学装置如固体氧化物燃料电池（SOFC）、固体氧化物电解槽电池（SOEC）和锂离子电池（LIB）的正常操作有时会由于意外形成内相而失败。这些相包括SOEC的氧化锆电解质内的晶界处的氧气泡、全固态LIB的（石榴石型）Li 7 La 3 Zr 2 O 12电解质内的孤立的Li金属岛以及Na-S电池的Na-β-氧化铝和NASICON电解质内的类似Na金属岛。值得注意的是，虽然这些设备可以在两种极性下工作，但故障的倾向取决于极性。在这里，我们解释这些和其他现象在名义上的离子固体电解质和混合导电电极在简单的热力学和动力学方面：意想不到的内部相是由一个大的潜在的跳跃，需要推动一个恒定的离子或电子流通过其内部传输瓶颈。内相形成的明确规则，包括其极性依赖性制定，以帮助预测和减轻它，这将导致微观结构不稳定，效率恶化和击穿。
Particle Morphology and Lithium Segregation to Surfaces of the Li$_7$La$_3$Zr$_2$O$_{12}$ Solid Electrolyte
用于固态锂离子电池的固体电解质激发了对下一代能量存储应用的极大兴趣。Li $_7$ La $_3$ Zr $_2$ O $_{12}$石榴石型固体电解质由于其高离子电导率而受到相当大的关注。然而，基于Li $_7$ La $_3$ Zr $_2$ O $_{12}$的固态器件的成功应用仍然存在若干挑战，例如枝晶形成和在许多Li嵌入/提取循环中保持界面处的物理接触。在这里，我们应用第一性原理密度泛函理论提供的见解，在各种物理和化学条件下的Li $_7$ La $_3$ Zr $_2$ O $_{12}$粒子形态。我们的研究结果表明，锂偏析的表面，建议富锂晶界在典型的合成和烧结条件。我们的研究结果的基础上，我们提出了切实可行的策略，以遏制Li $_7$ La $_3$ Zr $_2$ O $_{12}$接口的Li偏析。这种方法可以扩展到其他锂离子导体的实际储能装置的设计。
Structural and Electrical Transport Properties of NASICON type Na$_{3}$Zr$_{2-x}$Ti$_{x}$Si$_2$PO$_{\rm 12}$ ($x=$ 0.1-0.4) Solid Electrolyte Materials
本文研究了Ti掺杂NASICON型Na$_{3}$Zr$_{2-x}$Ti$_{x}$Si$_2$PO$_{\ m 12}$固体电解质，通过结构、阻抗和介电分析揭示其非Debye弛豫特性及室温以上从小极化子隧穿到关联势垒跳跃的传导机制转变，表明其可用于电荷存储器件。
Li4-xGe1-xPxO4 a potential solid-state electrolyte for all-oxide microbatteries
用于锂离子电池的固态电解质正引起越来越多的关注，因为它们可以制造更安全的电池，也可以使用锂金属阳极。本文研究了锂超离子导体（LISICON）家族中的一种化合物，即Li_（4-x）Ge_（1-x）P_xO_4（LGPO）。通过脉冲激光沉积来沉积薄膜，并将其电性能与陶瓷颗粒进行比较。微观结构的详细表征表明，薄膜可以在较高的温度下沉积完全结晶，但在室温下也可以部分非晶。电导率不会受到晶界存在、暴露于空气或锂不足的强烈影响。采用第一性原理分子动力学模拟计算了理想LGPO晶体在不同温度下的锂离子扩散分布和电导率。模拟给出了无缺陷晶体的电导率上限，在300 ℃时为10-2 S cm-1。薄膜制备的容易性、在几μ S cm-1范围内的室温Li离子电导率使得LGPO成为用于薄膜全固态全氧化物微电池的非常有吸引力的电解质材料。
A diffuse-interface model for predicting the evolution of metallic negative electrodes and interfacial voids in solid-state batteries with homogeneous and polycrystalline solid electrolyte separators
AI-Aided Mapping of the Structure-Composition-Conductivity Relationships of Glass-Ceramic Lithium Thiophosphate Electrolytes
具有组成（Li $_2$ S）$_x$（P $_2$ S $_5$）$_{1-x}$的硫代磷酸锂（LPS）是用于固态电池（SSB）的最有前途的电解质材料之一，这是由于它们在室温下的超离子导电性（$>10^{-3}$ S cm $^{-1}$）、软机械性能和低晶界电阻。先前已经报道了几种具有不同组成和良好Li导电性的玻璃陶瓷（gc）LPS，但是由于在实验或模拟中表征非晶相的挑战，组成、原子结构、稳定性和Li导电性之间的关系仍然不清楚。在这里，我们映射LPS相图相结合的第一性原理和人工智能（AI）的方法，集成密度泛函理论，人工神经网络的潜力，遗传算法采样，从头算分子动力学模拟。通过一个无监督的结构相似性分析，玻璃/陶瓷相与已知的LPS晶体结构中的局部结构图案，显示出最有利的锂环境随组合物而变化。基于LPS相图中发现的趋势，我们提出了一种候选固态电解质组合物，（Li $_{2}$ S）$_{x}$（P $_{2}$ S $_{5}$）$_{1-x}$（$x\sim{}0.725$），其在我们的模拟中表现出高离子电导率（$>10^{-2}$ S cm $^{-1}$），从而证明了具有增强的电导率和稳定性的非晶或玻璃态/陶瓷固体电解质的一般设计策略。
Grain boundary and defects assisted thermal conductivity of nano-crystalline Gd2Ti2O7 Pyrochlore
研究烧绿石结构陶瓷的热导率对烧绿石结构陶瓷作为惰性基质燃料、氧化物燃料电池电解质和热障涂层的应用具有重要意义。采用放电等离子烧结结合高能球磨的方法制备了纳米晶Gd 2 Ti 2 O 7，研究了孔隙率、结构缺陷和晶界散射对材料热性能的影响。热导率已被测量的温度范围从室温到900 ℃，使用激光闪光装置（LFA），并讨论了结果，包括几个现象，有助于在nc-烧绿石的热传输的散射机制的支持。随着晶粒尺寸的减小，热导率的系统性降低可以通过声子-孔隙散射现象来理解。此外，还观察到随着温度的升高，边界散射对热传输的主导作用。实验确定的热导率值与热障涂层（TBC）应用的隔热要求相一致
Role of small-radius and high-electronegativity A-Site dopants in enhancing proton transport and stability of perovskite electrolytes
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Beijing Normal University), Ministry of Education（教育部多尺度自旋物理重点实验室（北京师范大学））；College of Physics, Hebei Normal University（河北师范大学物理学院）；Hebei Advanced Thin Films Laboratory（河北省先进薄膜实验室）
研究 BaCeO₃ 基电解质应用受限问题，通过第一性原理计算等，揭示小半径、高电负性 A 位掺杂剂在增强钙钛矿电解质质子传输及稳定性上的协同作用，证明 A 位 Ca 掺杂优势并阐明机制，为高性能电解质设计提供指导。
Machine-Learning-Guided Insights into Solid-Electrolyte Interphase Conductivity: Are Amorphous Lithium Fluorophosphates the Key?
Bakar Institute of Digital Materials for the Planet, UC Berkeley（加州大学伯克利分校巴卡尔数字材料行星研究所）；Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部）；Department of Materials Science and Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学材料科学与工程系）
Neutron-Induced Enhancement of Ion Transport Through Lithium-Ion Battery Materials
Materials Sciences and Engineering Institute, University of Missouri（密苏里大学材料科学与工程研究所）；University of Missouri Research Reactor (MURR), University of Missouri（密苏里大学研究反应堆（MURR））；Department of Physics and Astronomy, University of Missouri（密苏里大学物理与天文学系）；Electron Microscopy Core, University of Missouri（密苏里大学电子显微镜核心设施）；Advanced Materials Characterization Core Facility, Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学先进材料表征核心设施）
