揭示固态电解质中磁场增强Li+离子传导的秘密

《Nano Letters》：Unravelling the Secrets of Magnetic Field-Enhanced Li+ Ion Conduction in Solid-State Electrolytes

本研究提出利用外部磁场通过磁流体动力学效应加速固态锂离子传输，解决固态锂金属电池中离子传导缓慢和枝晶形成问题，实验显示磁场显著提升离子电导率和迁移数，电池循环后容量保持率达96.3%，为高能量密度电池提供新方法。

　　

固态锂金属电池（SSLMBs）具有较高的能量密度，但其性能受到固态电解质（SSEs）中锂离子（Li⁺）传输缓慢以及枝晶形成的限制。在这里，我们提出了一种基于操作原理而非材料改进的策略：在电池运行过程中施加外部磁场来加速离子传导。该磁场会产生磁流体动力学（MHD）效应，离子电流与磁场之间的洛伦兹力会提高锂离子的迁移率，并引导离子沿更有利的路径移动。在240 mT的磁场强度下，离子凝胶型固态电解质的离子导电率从7.44 × 10^–4 S cm^–1提升至1.64 × 10^–3 S cm^–1，锂离子的迁移数在25°C时从0.181增加到0.277。因此，采用LiFePO₄正极的SSLMBs在经过250次循环后仍能保持157.2 mAh g^–1的放电容量，容量保留率为96.3%。这项研究阐明了磁场对锂离子传导的增强作用，并为提升固态电解质的性能、从而开发出实用的高能量密度SSLMBs提供了一条简单且可扩展的途径。