超声化学法合成氟化物固体电解质PbSnF4的物理化学特性及其在氟离子电池中的应用研究

为开发高能量密度、高热安全性的新型电池，研究人员通过超声化学法快速合成氟离子导体PbSnF4，其室温离子电导率达4.5×10–4 S/cm，氟离子迁移数达0.92，电化学稳定窗口为0.7 V。该研究为氟离子电池（FIB）固态电解质提供了高效合成路径与性能优化方案。

　　

随着全球对高能量密度储能技术的需求激增，锂离子电池（LIB）面临资源稀缺和热安全风险等挑战。氟离子电池（FIB）因其理论能量密度高、原料丰富（氟的地壳丰度是锂的50倍）被视为“后锂电时代”的候选技术。然而，氟离子导体的开发受限于传统合成方法效率低（机械化学反应需数小时）、离子电导率不足等问题。印度国家技术研究所等机构的研究人员首次采用超声化学法在10分钟内合成正交晶系PbSnF₄，其室温离子电导率为4.5×10^–4 S/cm，氟离子迁移数达0.92，相关成果发表于《Journal of Fluorine Chemistry》。

研究采用超声化学合成（利用声空化产生5000K高温和1000atm高压的瞬时反应条件）、X射线衍射（XRD）结构解析、场发射扫描电镜（FESEM）形貌表征、电化学阻抗谱（EIS）和直流极化技术等关键方法。

晶体结构分析
XRD证实产物为正交晶系PbSnF₄，晶格参数a=8.72 ?，b=8.75 ?，c=6.42 ?。与机械化学法相比，超声化学法诱导的快速成核形成纳米片结构，增大了离子传输界面。

导电性研究
EIS测试显示材料体电阻为3.8 kΩ，计算得到离子电导率4.5×10^–4 S/cm，虽低于文献最高值（1.6×10^–3 S/cm），但合成时间从小时级缩短至分钟级。直流极化实验证实氟离子贡献率达92%，归因于SnF₃E四面体与SnF₅E八面体间的氟离子迁移机制。

电化学稳定性
循环伏安（CV）测试采用PbF₂/PbSnF₄/不锈钢电池构型，测得电化学稳定窗口为0.7 V，满足固态电解质应用需求。

该研究首次证明超声化学法可高效制备高性能氟离子导体，为FIB电解质工业化生产提供新思路。正交晶系PbSnF₄的快速合成及其“二维熔融”结构（阴离子亚晶格无序化）为设计新型离子导体提供了理论参考。未来需进一步优化合成参数以提升电导率，并探索其与电极材料的界面兼容性。作者Meena M、Benson K Money和Amrtha Bhide强调，该方法可扩展至其他氟化物电解质体系，推动FIB实用化进程。