研究人員在鋰金屬氯化物固態電解質方面取得重大進展。由基礎科學研究所（IBS）奈米粒子研究中心的Kang Kisuk 教授領導的研究人員宣佈在下一代固態電池領域取得重大突破。他們發現了一種基於氯化物的新型固態電解質，這種電解質具有優異的離子傳導性，並有望開發出更有效率的電池。

固態電解質的必要性

目前的商用電池亟需解決的一個問題是對液態電解質的依賴，而液態電解質有易燃和爆炸的風險。因此，開發不可燃的固態電解質對於推動固態電池技術的發展至關重要。在全球轉向永續交通的過程中，全世界都在加緊管制內燃機汽車並擴大電動車的使用，因此，對二次電池核心零件，尤其是固態電池的研究取得了顯著的進展。

金屬離子（本例為釔）在各層的排列會影響離子導電性。為確保鋰離子暢通無阻地移動，每層佔據可用位置的金屬離子數量應少於0.444。此外，要在每一層中為鋰離子創造足夠寬的通道，金屬離子的佔有率應大於0.167。因此，每層內金屬離子的佔有率應介於0.167 和0.444 之間，這樣才能形成具有高離子電導率的導電層。資料來源：基礎科學研究所

要使固態電池在日常使用中切實可行，關鍵是要開發出具有高離子導電性、強大的化學和電化學穩定性以及機械靈活性的材料。雖然先前的研究成功地開發了具有高離子電導率的硫化物和氧化物基固體電解質，但這些材料都不能完全滿足所有這些基本要求。

氯化物基固體電解質的研究進展

過去，科學家也曾對氯化物基固體電解質進行探索。氯化物基固體電解質以其卓越的離子導電性、機械柔韌性和高電壓穩定性而聞名。這些特性使一些人推測氯化物電池最有可能成為固態電池。然而，這些希望很快就破滅了，因為氯化物電池嚴重依賴昂貴的稀土金屬（包括釔、鈧和鑭系元素）作為輔助成分，因此被認為是不切實際的。

為了解決這些問題，IBS 研究團隊研究了金屬離子在氯化物電解質中的分佈。他們認為，三元氯化物電解質之所以能達到較低的離子電導率，是基於結構中金屬離子排列的變化。

他們首先在氯化鋰釔（一種常見的氯化鋰金屬化合物）上測試了這個理論。當金屬離子位於鋰離子通路附近時，靜電力會阻礙鋰離子的移動。相反，如果金屬離子的佔有率過低，鋰離子的移動路徑就會變得太狹窄，從而阻礙鋰離子的移動。

基於這些見解，研究小組引入了設計電解質的策略，以緩解這些相互衝突的因素，最終成功開發出具有高離子電導率的固體電解質。研究小組也進一步成功地展示了這個策略，創造出一種基於鋯的鋰金屬氯化物固態電池，其成本遠低於採用稀土金屬的變體。這是首次證明金屬離子排列對材料離子導電性的重要影響。

金屬離子分佈的影響

這項研究揭示了金屬離子分佈在氯基固體電解質離子電導率中經常被忽略的作用。預計IBS 中心的研究將為各種氯基固態電解質的開發鋪平道路，並進一步推動固態電池的商業化，有望提高能源儲存的經濟性和安全性。

通訊作者Kang Kisuk 說：”這種新發現的氯化物基固電解質有望突破傳統硫化物和氧化物基固態電解質的限制，使我們離固態電池的廣泛應用更近了一步。”