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  5. Engineering the Site‐Disorder and Lithium Distribution in the Lithium Superionic Argyrodite Li₆PS₅Br
 
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2021
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Engineering the Site‐Disorder and Lithium Distribution in the Lithium Superionic Argyrodite Li₆PS₅Br

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TUDa URI
tuda/6924
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-178027
DOI
10.26083/tuprints-00017802
Autor:innen
Gautam, Ajay
Sadowski, Marcel ORCID 0000-0001-9869-6162
Ghidiu, Michael
Minafra, Nicolò
Senyshyn, Anatoliy
Albe, Karsten ORCID 0000-0003-4669-8056
Zeier, Wolfgang G. ORCID 0000-0001-7749-5089
Kurzbeschreibung (Abstract)

Lithium argyrodite superionic conductors, of the form Li₆PS₅X (X = Cl, Br, and I), have shown great promise as electrolytes for all‐solid‐state batteries because of their high ionic conductivity and processability. The ionic conductivity of these materials is highly influenced by the structural disorder of S²⁻/X⁻ anions; however, it is unclear if and how this affects the Li distribution and how it relates to transport, which is critical for improving conductivities. Here it is shown that the site‐disorder once thought to be inherent to given compositions can be carefully controlled in Li₆PS₅Br by tuning synthesis conditions. The site‐disorder increases with temperature and can be "frozen" in. Neutron diffraction shows this phenomenon to affect the Li⁺ substructure by decreasing the jump distance between so‐called "cages" of clustered Li⁺ ions; expansion of these cages makes a more interconnected pathway for Li⁺ diffusion, thereby increasing ionic conductivity. Additionally, ab initio molecular dynamics simulations provide Li⁺ diffusion coefficients and time‐averaged radial distribution functions as a function of the site‐disorder, corroborating the experimental results on Li⁺ distribution and transport. These approaches of modulating the Li+ substructure can be considered essential for the design and optimization of argyrodites and may be extended to other lithium superionic conductors.

Freie Schlagworte

anionic site‐disorder...

diffusion

lithium substructure

solid electrolytes

solid‐state batteries...

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Materialmodellierung
Forschungsprojekte und Grants
LOEWE > LOEWE-Schwerpunkte > FLAME - Fermi Level Engineering Antiferroelektrischer Materialien für Energiespeicher und Isolatoren
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Advanced Energy Materials
Jahrgang der Zeitschrift
11
Heftnummer der Zeitschrift
5
ISSN
1614-6840
Verlag
Wiley-VCH
Ort der Erstveröffentlichung
Weinheim
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2021
Verlags-DOI
10.1002/aenm.202003369
PPN
519666976
Artikel-ID
2003369

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