Boosting Ion Transport and Stability in Halide Solid Electrolytes via S and F Codoping
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2025
Structural and compositional modification of solid-state electrolytes (SSEs) is a common approach to improve ionic conductivity and interfacial stability, yet the mechanisms remain unclear. Here, we studied Li2ZrCl6 (LZC) codoped with sulfur (S) and fluorine (F). X-ray and neutron diffraction with bond valence site energy (BVSE) simulations reveal that codopant-induced lattice distortion facilitates ion transport. The S/F codoped sample achieves a room-temperature ionic conductivity of 0.51 mS cm-1, twice that of pristine LZC (0.26 mS cm-1). Advanced characterizations further show that S and F participate in forming the solid electrolyte interphase (SEI), enhancing the electrode interfacial stability. As a result, solid-state batteries with the codoped SSE deliver capacity retentions of 97.1% at 0.1 C and 82.8% at 0.5 C. This study demonstrates the synergistic effects of structural modulation on ionic conduction and SEI formation, providing insights for designing high-performance SSEs.
Inorganic compounds
Halogens
Batteries
Solid electrolytes
Ionic conductivity
Författare
Priya Ganesan
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Ramon Zimmermanns
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Guillaume Navallon
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Yang Hu
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Thomas Diemant
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Gabriel J. Cuello
Institut Laue-Langevin
Ines Puente Orench
Institut Laue-Langevin
Blanka Detlefs
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)
Ritambhara Gond
Chalmers, Elektroteknik, Elkraftteknik
Alberto Varzi
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Jianneng Liang
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
Maximilian Fichtner
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren
ACS Energy Letters
23808195 (eISSN)
Vol. 10 11Ämneskategorier (SSIF 2025)
Materialkemi
Oorganisk kemi
DOI
10.1021/acsenergylett.5c02729