황 유도 격자 무질서화, 초이온성 Na 전도

비정질 고체 전해질은 결정질 할라이드 골격의 이온 수송 한계를 극복할 유망한 대안이지만, 초이온성 Na+ 전도성 달성은 여전히 난제로 남아있습니다. 이 연구는 고에너지 볼 밀링으로 합성된 혼합 음이온 비정질 Na 이온 고체 전해질인 TaCl5-0.5Na2S(NTSC)를 보고합니다. NTSC는 2.9mS/cm의 실온 이온 전도도와 0.276eV의 낮은 활성화 에너지를 보였습니다. 구조 분석 결과, Ta 중심의 이중 다면체([Ta2Cl10S], [TaCl5S], [TaCl4S], [TaCl4S2])가 코너 공유 황 원자를 통해 상호 연결된 고도로 무질서한 골격이 확인되었습니다. 이는 유연하고 무질서한 비정질 네트워크를 형성합니다. Ab initio 분자 동역학(AIMD) 시뮬레이션은 낮은 이동 장벽을 가진 연속적인 Na+ 확산 경로를 식별했습니다. 보완적인 위상학적 분석은 황 도입이 국부적인 격자 왜곡을 유발하고, Na-Na 호핑 거리를 단축하며, 골격 유연성을 향상시켜 빠르고 다차원적인 Na+ 수송을 가능하게 함을 보여줍니다. 이러한 특성은 초이온성 Na+ 전도에 기여합니다. NTSC를 전고체 나트륨 이온 배터리(ASSNIB)에 적용했을 때, 실온에서 높은 가역 용량(0.1C에서 92.6%의 쿨롱 효율로 111.95mAh/g)과 우수한 사이클 안정성(0.2C에서 200사이클 후 초기 용량의 76.9% 유지)을 나타냈습니다. 이 연구는 혼합 음이온 비정질화가 고성능 Na 이온 고체 전해질을 위한 효과적인 설계 전략임을 확립합니다.