克日，，质料学院2019级硕士研究生林申以第一作者在国际能源质料顶级期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子：29.6）揭晓题为“Reclaiming neglected compounds as promising solid state electrolytes by predicting electrochemical stability window with dynamically determined decomposition pathway”(https://doi.org/10.1002/aenm.202201808)的原创研究论文。 。威廉希尔为第一通讯作者单位，，威廉希尔施思齐教授和江苏师范大学林雨潇副教授为配合通讯作者。 。
全固态电池因其清静性好、能量密度大及适用规模广等优点，，被以为是具有远景的新一代储能器件。 。固态电解质是固态电池的焦点组件，，理想的固态电解质（solid state electrolytes，，SSEs）应具备较宽的电化学稳固窗口（electrochemical stability window，，ESW）。 。现在ESW展望要领主要分为直接剖析剖析要领（direct decomposition analysis method，，DDAM）和间接剖析剖析要领（indirect decomposition analysis method，，IDAM），，仅划分适用于热力学和动力学有利的电化学剖析剖析，，这将导致某些质料的ESW展望值偏离实验测定效果。 。剖析要领精度的缺乏会使SSE的展望和筛选效果不佳，，因此十分有须要对ESW剖析要领举行融合和刷新。 。
该论文提出了一种融合DDAM和IDAM的高精度ESW剖析要领，，并基于此要领对该课题组先前所掘客的Li快离子导体的ESW举行高通量盘算，，效果与现有实验数据一致。 。其中有6种以前未被报道过的质料展现了宽ESW、较高抗氧化电势及优异的相稳固性和界面稳固性，，是具有一定应用潜力的固态电解质。 。盘算筛选历程如图1所示。 。
图1.高通量筛选SSEs流程示意图。 。
要点一：融合DDAM和IDAM的高精度ESW剖析要领
ESW是以SSE的氧化电势为上限，，还原电势为下限的电势区间，，该区间指示了SSE正常事情的电势规模。 。古板的ESW剖析要领分为DDAM和IDAM，，其中DDAM以特定电势下的巨势崎岖判断SSE的剖析电势及剖析产品。 。而IDAM以为SSE在维持原结构的情形下举行移动金属原子的嵌入/脱出是动力学上最有利的还原/氧化反应。 。DDAM和IDAM仅划分适用于热力学和动力学有利的电化学剖析剖析，，为提高剖析展望精度，，文章将二者融合，，通过SSE剖析产品的电子电导率动态判断热力学或动力学有利的剖析蹊径，，算法流程如图2所示。 。
图2.融合要领算法示意图。 。
要点二：融合要领下的高通量ESW盘算剖析
图3.SSEs的ESW和离子输运性示意图。 。
浅蓝色点体现融合要领的展望ESW宽度与DDAM的相同，，反之为深蓝色点。 。响应二维投影点显示为左侧的粉红色三角形、右侧的橙色五角星和底部的紫色圆圈。 。两个横轴上的RT和Eb划分为SSEs自由传输的最大离子的半径和BVSE能垒。 。纵轴为融合要领展望的ESW宽度。 。6种性能优异的筛选化合物体现为A-F，，其RT、Eb和ESW宽度标记在右侧。 。
图4.4种化合物在融合要领和DDAM下的展望ESW宽度较量。 。54种化合物分为卤化物、氧化物、硫化物和氮化物。 。
为了筛选兼顾优良离子电导率和宽ESW的潜在优异SSE，，作者通过融合要领对该课题组先前掘客的328种Li快离子导体（Eb小于0.7 eV，，RT大于0.05 nm）举行电化学稳固剖析，，纠正了54种被DDAM低估的质料的ESW展望值，，效果如图3、图4所示。 。
图5. Li10GeP2S12（LGPS）与Li7La3Zr2O12（LLZO）在DDAM、IDAM和融合要领下的展望ESW与实验丈量效果比照图。 。
关于可获得实验ESW丈量值的电解质Li10GeP2S12和Li7La3Zr2O12，，基于融合要领的ESW展望值与实验效果吻合，，差别剖析要领下的盘算效果与实验效果对好比图5所示。 。
要点三：多种稳固性剖析筛选SSEs
图6.（a）四种SSE（氟化物、氧化物、硫化物和氮化物）的剖析能氧化电位图。 。（b）6种宽ESW质料（Li2TiF6、Li4ZrF8、KLiYF5、Li2SiF6、Li2ZrF6、Li3ScF6）在0-7 V内的剖析能曲线。 。（c）筛选质料与种种正极质料之间的反应能。 。六种具有一定应用潜力的氟化物以粗体显示。 。
文章将筛选的重点放在ESW被低估的质料上，，进一步对其举行了剖析能、相稳固剖析和电极-电解质稳固性剖析。 。部分电解质具有较低的剖析能，，如图6a、6b所示，，其中有6种展望性能优异的氟化物以前未被作为SSE重点报道和研究。 。它们泛起出4 V以上的宽ESW、较高的抗氧化电势（大于6 V）、优异的相稳固性（凸包能小于1 meV/atom）和界面稳固性（与七种常见电极的界面反应能低于150 meV/atom，，如图6c所示）。 。
该事情不但有助于加速高性能固态电解质的研发速率，，还为高通量盘算研究提供了一定的指导。 。研究事情获得了国家自然科学基金以及国家重点研发妄想项目的资助。 。
