东北大学 图1:固体中发现的典型聚阴离子
(a) B12H122-, (b) MoH93-，和(c) OsH82-
信用:高木茂之 目前强烈要求用固态离子导体代替传统可充电电池中使用的有机液体电解质，这将使电池更安全并具有更高的能量密度
为此，人们付出了很多努力来寻找具有优异离子电导率的材料
其中最有前途的是固态离子导体，含有聚阴离子，如B12H122-(图
1a)
由于它们独特的传输行为，它们构成了一类特殊的材料，其聚阴离子在高温下旋转，从而大大提高了阳离子电导率
然而，一个主要缺点是激活旋转所需的高温(=能量)，这反过来意味着室温下的低电导率
为了解决这个问题，东北大学的一个研究小组，由高木茂之副教授和新一教授领导，已经建立了一个室温超离子传导的新原理
其发现最近发表在《应用物理快报》上
该研究小组能够通过使用过渡金属氢化物复合物作为一类新的可旋转聚阴离子来降低活化温度，其中氢是唯一的配体物种，与单一过渡金属共价结合
与B12H122-聚阴离子不同(图
1a)，过渡金属氢化物络合物的旋转只需要置换高流动性的氢(图
1b，1c ),因此可以预期以低活化能发生
图2:沿OsH82-典型90°再取向的最小能量路径的势能图
插图显示了分子几何形状的变化，其中原始的翘曲双面体通过顺序转换成双三角棱镜(BCTP)旋转了90°
信用:高木茂之 该小组随后研究了几种现有氢化物中过渡金属氢化物复合物的动力学，发现它们重新定向——就像通过重复小变形而旋转一样(图
2) -即使在室温下
这种运动被称为“伪旋转”，在固体物质中很少观察到
由于氢原子的小位移，赝旋转的活化能相对较低——比报道的B12H122旋转所需的活化能低40多倍
图3:锂离子在Li5MoH11和几种已知材料中的电导率
信用:高木茂之 作为通过赝旋转从低温区域促进阳离子传导的结果，在含有MoH93的Li5MoH11中的锂离子传导性(
1b)，例如，在室温下可以达到79毫秒·厘米-1(图
3)
这是迄今为止报道的室温锂离子电导率世界纪录的三倍多
这表明可以实现在室温下充电时间较短的全固态锂离子电池
所发现的机理非常普遍，并且有助于降低激活聚阴离子旋转所需的温度
这可能有助于找到适合室温超离子导体的组合物
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