水介导超关联质子辅助输运模式

K−O₂固态电池超低过电位

通过水分子旋转振动耦合质子与钾离子输运，打破传统固态离子导体设计规则，同时实现阴-阳离子与阳离子间耦合输运。

De-Chen, Kong · Avdeev, M. · Song, Lina · Zheng, Lijun · Wang, Xiaoxue · Xu, Jijing

Energy Storage Materials 2024

具体参数

离子电导率

{'zh': '7.6 × 10^–2', 'en': '7.6 × 10^–2'} S cm^–1

过电位

{'zh': '0.1', 'en': '0.1'} V

技术优势

电导率提升两个数量级

水分子在骨架氧原子周围的旋转和振动加速了K⁺扩散，使K₂Fe₄O₇晶体的离子电导率从原始值提升约100倍。

电池过电位仅0.1 V

将该导体用于固态K−O₂电池时，电极反应动力学显著改善，展现出超低过电位和优异倍率性能。

设计策略可迁移至Li/Na体系

该机制同样适用于锂离子和钠离子导体，为打破现有通用设计规则、开发更快离子导体提供了理论指导。

应用场景

• 固态电池电解质：以K₂Fe₄O₇作固态电解质，突破传统电导率限制，提升电池能量效率和倍率。
• 钠离子导体：将水介导耦合输运模式用于钠离子导体，加速Na⁺迁移，提高离子电导率。
• 锂离子导体：将此输运机制迁移至锂离子导体，有望获得更快锂离子传导。
• 快离子导体设计：提供同时耦合阴阳离子与阳离子的新设计规则，指导快离子导体开发。
• 金属-空气电池：用于固态K−O₂电池，实现超低过电位和优异倍率，提升金属-空气电池性能。