近日，材料学院博士研究生宋涛以第一作者在国际能源材料顶级期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子：24.4）发表题为“Renewing fundamental understanding of ionic transport in inorganic crystalline solid-state electrolytes from the perspective of lattice dynamics”的论文。上海大学为第一单位，上海大学施思齐教授和江苏师范大学林雨潇教授为共同通讯作者，论文合作者还包括上海大学王达副研究员，上海交通大学的陈倩栎教授和丰田北美研究所的首席科学家凌晨博士。

图1. 晶格动力学各因素的划分及其对离子输运行为的影响。

全固态电池因具有较好的热力学稳定性和安全性特点而成为电化学储能的热点发展方向之一。然而，影响离子电导率的因素种类繁多且相互制约，如何系统全面地揭示其影响机制并借此改善离子电导率是一项极具挑战性的课题。针对这一问题，该论文根据各因素在离子输运中的可变性，创新性地将无机固态晶体电解质中离子输运的影响因素划分为晶格静态因素和动态因素，批判性地评述了各因素对于离子输运行为的单独及综合影响，有助于加深对离子输运行为的理解，并推动无机固态晶体电解质的设计和研发。

该论文还总结了无机固态晶体电解质中离子输运行为的调控及改善策略：利用晶格静态因素（如离子排布、迁移离子浓度和晶格极化）构造迁移离子扩散势能面；利用晶格动态因素（如声子频率、振幅和模式）定量分析迁移离子类型并有效识别其最优扩散路径。详细信息如图1所示。此外，该论文还着重强调了特定声子模式的优化和晶格动力学相关因素的耦合在改善离子传输行为中的重要性，并阐述了低能声子模式辅助迁移离子扩散的机理。详细信息如图2所示。

图2. (a)声子辅助迁移离子在结构中的扩散过程原理图。(b)低能声子模式辅助氮化锂中锂离子扩散的示意图。

最后，论文展望了该领域现存的五大挑战，并提出两个关于晶格动力学模拟理解固体电解质中离子输运行为的技术瓶颈：一、如何结合晶格动力学模拟和原位表征技术来找出候选离子导体的新描述符? 二、如何将晶格动力学模拟与其他计算方法结合起来，对固体电解质中的离子输运行为进行多尺度感知? 一旦这些挑战和瓶颈得到解决，探索新的、有潜力的新型固体电解质的进程将大大加快。该研究工作得到了国家重点研发计划以及国家自然科学基金的资助。

论文标题：Renewing fundamental understanding of ionic transport in inorganic crystalline solid-state electrolytes from the perspective of lattice dynamics

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202302440