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（圖片來源：京都大學）

 

       一種新型原子結構排列或將推動固態電池的發展。目前的鋰離子電池中通常含有液態電解質，與其相比，固態電池使用固體電極和固體電解質，不僅能量密度大，而且安全性能好。

 

       據外媒報道，京都大學綜合電池材料科學研究所（ iCeMS）的科學家設計了一種新型“反鈣鈦礦”固體材料，有望取代目前鋰離子電池使用的易燃有機液體電解質。

 

       鈣鈦礦化合物具有優異的導電能力及其他性能，在大量技術中得到測試和應用。這種材料由原子式為ABX3的大量原子組合而成，其中A和B是帶正電的原子，而X是帶負電的原子。

 

       最近，科學家們一直在嘗試開發一種名為反鈣鈦礦的化合物。這種材料顛倒上述原子式，將兩種帶負電荷的“陰離子”和一種帶正電的“陽離子”結合在一起，還具有許多有趣的特性，如超導性。與大多數材料不同的是，它們在受熱時會收縮。

 

       富鋰、富鈉反鈣鈦礦，如Li3OCl和Na3OCl，具有較高的離子導電性和堿金屬濃度，有望取代鋰離子電池中的液體電解質。研究負責人、iCeMS固態化學家Hiroshi Kageyama表示：“談到使固體材料實現類似鋰離子導電性，這方面的研究一直具有挑戰性。”

 

       Kageyama及其團隊合成了新系列富鋰鈉反鈣鈦礦，以克服這一問題。這種反鈣鈦礦中不含有“硬”氧和鹵素陰離子，而是一種氫離子（氫化物）和“軟”硫族陰離子（如硫）。通過大量理論和實驗研究，科學家們發現，在這些反鈣鈦礦中，軟陰離子晶格為鋰離子和鈉離子提供了理想的導電路徑，并可通過使用化學替代品來增強這一性能。據推測，這些性能優勢部分歸功于氫化物，這種物質具有改變大小和擴大組合空間的能力。這有助于穩定化合物的結構。此外，其反常振動模式有助于提升離子導電性。

 

       Kageyama表示：“為了開發固態電解質，并將其應用于高性能電動汽車的全固態金屬離子電池，可以利用化學替代品繼續進行實驗，其中仍有很大的改進空間。”