设计用于钠离子电池的硫替代NASICON电解质：一种计算方法

《ACS Applied Energy Materials》：Designing Sulfur-Substituted NASICON Electrolyte for Sodium-Ion Batteries: A Computational Approach

硫代NASICON材料通过S2?取代O2?扩展晶格并增强极化性，有效降低钠离子迁移势垒约20%，为高导钠固态电解质设计提供新思路。

　　

NASICON（钠超离子导体）型钠超离子导体因其高离子导电性和结构可调性，成为全固态钠离子电池的有希望的候选材料。尽管NASICON已经得到了广泛研究，但硫代NASICON（其中O^2–被更大、更具极化性的S^2–取代）由于其潜在的增强Na⁺传输能力，仍然相对较少被探索。在这里，我们结合了密度泛函理论、从头算分子动力学以及攀爬图像扰动弹性带（CI-NEB）模拟方法，来研究Na₃Zr₂PSi₂X₁₂（X = O, S）的结构稳定性和离子传输特性。我们的研究结果表明，S^2–的取代使晶格膨胀，扩大了离子传输的瓶颈区域，并增加了晶格的极化性，从而软化了晶体结构。在常温条件下，这些效应部分打开了原本受限的Na⁺传输路径，促进了离子扩散。基于CI-NEB的定量分析显示，Na₃Zr₂PSi₂S₁₂中最狭窄的离子传输瓶颈的迁移障碍相比其氧化物对应物减少了约20%。这些发现表明，硫的取代同时调节了静态通道几何结构和动态结构波动，从而增强了Na⁺的传输能力。总体而言，这项研究为结构与离子传输之间的关系提供了机制上的见解，并为设计下一代高导电性钠固体电解质提供了可靠的计算指导。