固体电解质材料
固体电解质材料
固体电解质材料
固体电解质材料是一种具有特殊导电性质的固体物质,它在电解质溶液中,能够导电并参与化学反应。
与传统的液体电解质相比,固体电解质材料具有更高的稳定性和更广泛的应用前景。
固体电解质材料在电池领域中有着重要的应用。
传统的液体电解质在电池中往往存在着安全性和稳定性的问题,而固体电解质材料能够有效地解决这些问题。
它具有较高的离子导电性能和较低的内阻,可以提高电池的能量密度和循环寿命。
此外,固体电解质材料还具有良好的热稳定性和机械强度,能够在极端环境下保持电池的正常运行。
固体电解质材料在电子器件领域中也有广泛的应用。
随着电子器件的不断发展,对高性能电解质材料的需求也越来越迫切。
固体电解质材料具有较高的离子导电率和较低的电极界面电阻,可以提高电子器件的响应速度和工作效率。
此外,固体电解质材料还具有较好的耐热性和耐腐蚀性,能够在高温和恶劣环境下稳定工作。
固体电解质材料还在传感器和储能器件等领域中有重要应用。
在传感器中,固体电解质材料可以作为灵敏元件,将待测物质的化学变化转化为电信号,并实现对其进行检测和分析。
在储能器件中,固体电解质材料可以作为电容器或超级电容器的电解质层,具有较高的电容量和较低的内阻,能够实现高效能量的存储和释放。
总的来说,固体电解质材料是一种具有特殊导电性质的固体物质,它在电池、电子器件、传感器和储能器件等领域中发挥着重要作用。
固体电解质材料具有较高的稳定性和较广泛的应用前景,将会在未来的科技发展中发挥越来越重要的作用。
我们期待着固体电解质材料在能源领域、电子领域和环境领域等方面的突破和创新,为人类的生活带来更多的便利和进步。
固体电解质材料研究与应用
固体电解质材料研究与应用一、引言固体电解质材料是一类关注度较高的新兴材料,其具有在电化学能源存储和转换领域发挥重要作用的潜力。
随着现代电子技术的迅猛发展,固体电解质材料作为一种基础材料得到了广泛的应用。
本文将从材料的结构和性质、制备方法以及应用方面进行介绍,并对固体电解质材料的未来发展进行展望。
二、固体电解质材料介绍固体电解质材料是指那些具有高离子电导率的固体材料,它们能够通过离子传输来产生电流。
传统的液态电解质材料在过程中需要液态电解质配合,而固体电解质材料则可以独立使用。
它们的出现可以提高电池的安全性、稳定性和使用寿命,并有望成为开发新型电化学储能和转化技术的关键技术。
在固体电解质材料的研究中,目前主要研究的材料包括聚合物电解质材料、无机电解质材料和复合电解质材料。
三、固体电解质材料的结构和性质1. 聚合物电解质材料的结构和性质聚合物电解质材料在材料结构方面主要是指聚合物链的结构,它们有着复杂的结构形态,并具有不同的官能团和极性基团。
基于不同的聚合物特性,可以通过改变材料的官能团、交联方式、嵌段共聚等方法来调节其性能。
除了聚合物的结构之外,其在电解质方面具有较高的离子电导率和低的电极/电解液界面过电势,其优点为高的可变形性、良好的机械性能和充电/放电电化学稳定性。
2. 无机电解质材料的结构和性质无机电解质材料主要是指钠离子导电材料和氧化物电解质材料等。
它们的晶体结构具有很高的离子电导率,并且不易击穿。
其在电化学能源领域的应用主要集中在固态钠电池、锂离子电池、燃料电池等方面。
无机固态电解质材料的优点是其对温度和电流密度等方面具有较强的承载能力,可以抑制电极和电解质之间的界面反应,并且具有长寿命和高的输出电流等特点。
3. 复合电解质材料的结构和性质复合电解质材料一般指的是将无机电解质与聚合物电解质材料结合在一起。
其可以继承两种材料的优点,能够有助于电池的安全性、稳定性以及降低成本。
四、固体电解质材料的制备方法1. 聚合物电解质材料的制备聚合物电解质材料的制备方法多种多样,但广泛采用的是化学交联、自交联和阴离子自由基聚合法等方法。
无机固态电解质总数
无机固态电解质总数
无机固态电解质是一种新型电解质材料,与传统液态电解质相比具有优异的安全性、环境友好性和宽温度工作范围等优点,因此被广泛应用于各类新型电池系统中。
根据主要成分的不同,无机固态电解质可分为以下几大类:
1. 氧化物电解质
这是最早被研究和开发的无机固态电解质,包括掺杂锐镁矿、钙钛矿、铌酸锂等。
代表材料有LLTO、LLZO、LAGTP等。
2. 硫化物电解质
近年来兴起的一类无机固态电解质,以硫化物为主要成分,如硫化锂硅、硫化锂硼等。
代表材料有Li10GeP2S12、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3等。
3. 卤化物电解质
以卤化物为主要成分,如氟硅酸盐等。
代表材料有Li3YCl6、Li3YBr6等。
4. 氢化物电解质
以氢化物为主要成分,如LiNH2、LiBH4等。
5. 其他杂化材料
混合了上述几种化合物,形成新型无机固态电解质材料。
目前已报道的无机固态电解质材料种类已超过200种,其中性能较佳的有几十种。
随着研究的不断深入,未来还将有更多新型无机固态电解质问世。
无机固态电解质的发展有望推动新一代高安全、高能量密度电池的商业化进程。
卤化物固体电解质原材料
卤化物固体电解质原材料
卤化物固体电解质是一种常见的电解质材料,它主要由卤化物离子组成,包括氯化物、溴化物和碘化物等。
这些卤化物固体电解质材料具有较高的离子导电性能,可以用于制造各种电池和电化学器件。
卤化物固体电解质的原材料主要包括以下几种:
1. 氯化物:例如氯化锂(LiCl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)等,它们是常见的卤化物固体电解质材料的原材料。
2. 溴化物:例如溴化锂(LiBr)、溴化钠(NaBr)、溴化钾(KBr)等,它们也是常用的卤化物固体电解质材料的原材料。
3. 碘化物:例如碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)、碘化钾(KI)等,它们同样可以作为卤化物固体电解质的原材料使用。
这些卤化物固体电解质材料可以通过合成或从天然矿石中提取得到。
制备过程通常涉及粉末混合、烧结、熔融等步骤,以获得具有良好离子导电性能的固体电解质材料。
需要注意的是,卤化物固体电解质的选择和制备需要根据具体应用的要求进行,不同的卤化物组合和浓度可以调节材料的离子导电性能和稳定性。
此外,还需要考虑材料的成本、可持续性和环境友好性等因素。
固体电解质的原理及应用
固体电解质的原理及应用概述固体电解质是指在固态状态下能够传导离子的材料。
与传统液态电解质相比,固体电解质具有较高的离子传导性能、化学稳定性和热稳定性,因此在各种电化学器件中得到广泛应用。
本文将介绍固体电解质的原理和常见应用。
原理固体电解质的离子传导是通过固态晶格中的离子空位或缺陷来实现的。
一般情况下,固体电解质由两种或多种具有不同电荷的离子构成。
固体电解质在晶体结构中形成离子通道,当外加电场作用于固体电解质时,离子在离子通道中迁移并形成离子电流。
固体电解质的离子传导速度取决于离子通道的构成和结构。
应用固体电解质电池固体电解质电池是一种将固体电解质用作电解质的电池。
相比于传统液态电解质电池,固体电解质电池具有更高的能量密度、较长的寿命和更宽的工作温度范围,因此在能量存储和移动设备中有广泛的应用前景。
固体电解质电池主要包括锂离子电池、钠离子电池、固态电容器等。
固体电解质传感器固体电解质传感器是一种利用固体电解质导电特性对环境参数进行测量的传感器。
固体电解质传感器具有高灵敏度、快速响应和较宽的工作温度范围等优点。
常见的固体电解质传感器包括氧传感器、湿度传感器、温度传感器等。
固体电解质超级电容器固体电解质超级电容器是一种利用固体电解质传导离子并存储电能的电子元件。
固体电解质超级电容器具有高电能密度、长循环寿命和快速充放电特性。
固体电解质超级电容器在电动车、电子设备和可穿戴设备中被广泛应用。
固体电解质晶体管固体电解质晶体管是一种利用固体电解质传导离子来调节电流通路的电子元件。
相比于传统晶体管,固体电解质晶体管具有更低的功耗、更高的开关速度和更宽的工作温度范围。
固体电解质晶体管在集成电路和逻辑电路中得到广泛应用。
总结固体电解质具有较高的离子传导性能和化学稳定性,在电化学领域中有着广泛的应用。
固体电解质的原理是基于固态晶格中的离子通道,通过外加电场使离子迁移形成离子电流。
常见的固体电解质应用包括固体电解质电池、固体电解质传感器、固体电解质超级电容器和固体电解质晶体管等。
固态电池电解质材料
固态电池电解质材料随着人们对环境保护的要求越来越高,新能源汽车成为了未来的发展方向。
而其中最重要的技术之一就是电池技术。
固态电池作为电池技术的一种新型,由于其高安全性、高能量密度、长寿命等优点,已经成为了新能源汽车电池技术的研究热点之一。
而固态电池的电解质材料则是其重要组成部分之一,其性能直接影响着固态电池的性能。
本文将从固态电池电解质材料的定义、分类、性能和应用等方面进行阐述。
一、固态电池电解质材料的定义固态电池电解质材料是指在固态电池中起到离子传输功能的材料。
它不同于传统液态电池中的电解液,而是采用了由固体材料构成的电解质。
其主要作用是传导离子,确保电池的正常工作。
同时,固态电池电解质材料还具有一定的机械强度和化学稳定性,能够保障电池的安全性和长寿命。
二、固态电池电解质材料的分类根据固态电池电解质材料的类型,可以将其分为无机固体电解质和有机固体电解质两类。
1. 无机固体电解质无机固体电解质是指由无机材料构成的电解质。
常见的无机固体电解质材料有氧化物、氟化物、磷酸盐等。
这类电解质材料具有较高的离子导电性能和化学稳定性,但是其机械性能较差,容易出现断裂和开裂等问题。
2. 有机固体电解质有机固体电解质是指由有机材料构成的电解质。
常见的有机固体电解质材料有聚合物、聚合物复合物等。
这类电解质材料具有较好的机械性能和化学稳定性,但是其离子导电性能较差,需要通过添加离子导体等方式来提高其离子导电性能。
三、固态电池电解质材料的性能固态电池电解质材料的性能直接影响着固态电池的性能。
其主要性能包括离子导电性能、机械性能、化学稳定性等。
1. 离子导电性能离子导电性能是固态电池电解质材料的最重要性能之一。
其离子导电性能直接决定了固态电池的输出功率和能量密度。
通常来说,离子导电性能越高,固态电池的输出功率和能量密度就越高。
因此,提高固态电池电解质材料的离子导电性能是当前研究的重点之一。
2. 机械性能机械性能是固态电池电解质材料的另一个重要性能。
nasicon型结构固体电解质
nasicon型结构固体电解质摘要:一、引言二、NASICON型结构固体电解质的定义与特点三、NASICON型结构固体电解质的应用领域四、NASICON型结构固体电解质的研究现状与发展趋势五、结论正文:一、引言随着科学技术的不断进步,固体电解质在能源、电子和环保等领域的应用越来越广泛。
NASICON型结构固体电解质作为一种具有特殊晶体结构的电解质材料,引起了科研工作者的广泛关注。
本文将详细介绍NASICON型结构固体电解质的相关知识。
二、NASICON型结构固体电解质的定义与特点ASICON型结构固体电解质,全称为钠超离子导体型固体电解质,是一种具有NASICON晶体结构(Na+Site-Isolated CONductor)的固体电解质材料。
其特点是具有较高的离子电导率、良好的化学稳定性和热稳定性,以及较低的电子电导率。
这使得NASICON型结构固体电解质在高温电解质、电池和传感器等应用方面具有较大的优势。
三、NASICON型结构固体电解质的应用领域ASICON型结构固体电解质在以下几个领域具有广泛的应用:1.高温电解质:由于其较高的离子电导率和良好的热稳定性,NASICON 型固体电解质可应用于高温环境下的电解质材料。
2.电池:作为锂电池、钠电池等二次电池的电解质,可以提高电池的能量密度和循环稳定性。
3.传感器:NASICON型固体电解质具有较低的电子电导率,可用于制作高阻抗传感器,提高传感器的灵敏度和稳定性。
四、NASICON型结构固体电解质的研究现状与发展趋势目前,NASICON型结构固体电解质的研究主要集中在材料合成、性能优化和应用探索等方面。
研究者通过调控材料的组成、结构和制备工艺,不断优化电解质的性能,拓宽其应用领域。
此外,研究者还关注NASICON型固体电解质与其他类型电解质的复合,以实现性能的互补和优化。
五、结论ASICON型结构固体电解质作为一种具有独特晶体结构和优异性能的电解质材料,在多个领域具有广泛的应用前景。
《固体电解质材料》课程教学大纲
《固体电解质材料》课程教学大纲课程代码:ABCL0534课程中文名称:固体电解质材料课程英文名称:Solid electrolyte课程性质:专业选修课程学分数:1.5课程学时数:24授课对象:新能源材料与器件本课程的前导课程:固体物理,电化学原理一、课程简介本课程为新能源材料与器件专业选修课,主要介绍了固体电解质的理论;宏观证据液体的性质;结构模型;动力学模型;晶体结构和快速的离子导电性;间质性运动在体心立方结构;和材料与萤石和反萤石结构。
的超离子导体的衍射研究都包括在内。
以离子导电性的缺陷和障碍,重要意义进行了讨论。
描述了传输机制和晶格缺陷。
扩散和离子电导率方程的研究呈现。
二、教学基本内容和要求本课程主要包括固体电解质的定义及分类、基本物理过程及现象。
结构模型;动力学模型;晶体结构和快速的离子导电性;间质性运动在体心立方结构;和材料与萤石和反萤石结构。
固体电解质问题的计算机模拟、电池、超导、燃料电池、介电陶瓷领域的应用,了解固体电解质的制备、表征、测量、分析的基本方法。
通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要求。
第一章、晶体结构课程教学内容:晶体的宏观特征、晶体的微观结构、晶向和晶面、晶体的宏观对称性、倒易点阵、晶体衍射简介,准晶,布里渊区。
第二章、晶体的结合课程教学内容:离子键和离子晶体、共价键和共价晶体、金属键和金属晶体、分子晶体、氢键晶体和混合型晶体、晶体结合的普遍特性第三章、晶格振动课程教学内容:一维布喇菲晶格、一维双原子链、能量量子化与声子、晶体的热学性质、非谐效应第四章晶体缺陷课程教学内容:晶体缺陷的分类、点缺陷、晶体中的扩散、离子晶体的点缺陷及导电性、位错、面缺陷及其它缺陷、合金与相图第五章、金属自由电子论。
固态电解质浆料成分
固态电解质浆料成分
固态电解质浆料是一种用于固态电池或固态电解质设备中的材料,它具有高离子导电性和化学稳定性。
固态电解质浆料的成分通常包括以下几个方面:
1. 离子导体,固态电解质浆料的主要成分是离子导体,它可以是氧化物、硫化物、氮化物等化合物。
常见的离子导体材料包括氧化锂磷酸盐、硅氧化物、硫化物等。
这些材料具有良好的离子传输性能,可以在固态电解质中形成离子通道,从而实现离子的传输。
2. 粘结剂,固态电解质浆料通常需要添加一定比例的粘结剂,以增强材料的机械强度和黏附性。
常用的粘结剂包括聚合物材料如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)等,它们可以与离子导体和其他成分形成均匀的混合物,并在固化后保持其形状和结构。
3. 添加剂,为了改善固态电解质浆料的性能,通常会添加一些助剂或填料。
例如,添加导电性颗粒或纳米颗粒可以提高固态电解质的导电性能;添加稳定剂可以提高材料的化学稳定性;添加抗氧化剂可以延长材料的使用寿命等。
总的来说,固态电解质浆料的成分是一个复杂的体系,需要综合考虑离子导体、粘结剂和添加剂的配比和性能,以实现最佳的固态电解质性能。
这些成分的选择和配比对固态电池的性能和稳定性都有着重要影响。
全固态电解质材料
全固态电解质材料全固态电解质材料是一种新型的电解质材料,通常由离子型固体物质构成,不包含液体电解质。
它被用于制造全固态电池和其他能源存储设备。
全固态电解质材料具有较高的离子导电率、较低的电阻率、较长的寿命,以及更好的安全性能等特点。
本文将介绍全固态电解质材料的基本结构、制备方法、应用领域以及未来发展趋势等方面的内容。
一、基本结构全固态电解质材料的基本结构由三部分组成:电解质、阳极和阴极。
电解质通常是一种离子型固体物质,如氧化物、硫化物和磷酸盐等。
阳极和阴极分别由导体和储能材料构成。
全固态电解质材料的离子传输是通过电解质中离子固定在其晶格中并在其中传输来实现的。
由于离子在固体中的移动速度通常较低,因此全固态电解质材料的电解质必须具有较高的离子导电率。
二、制备方法全固态电解质材料的制备方法主要包括固态反应法、热压法、电化学沉积法和溶剂热合成法等。
其中,固态反应法是应用最广泛的制备方法之一。
主要步骤是将阳极、阴极和电解质按照一定比例混合,在高温高压下进行反应,制备出全固态电池。
三、应用领域全固态电解质材料广泛应用于能源存储领域,可用于制造全固态电池、超级电容器等能源存储设备。
与液体电解质相比,全固态电解质具有更好的稳定性、更长的寿命和更高的安全性能。
此外,全固态电池还可以应用于移动终端设备、电动汽车、无人机等领域,是替代传统电池的重要技术。
四、未来发展趋势近年来,随着能源存储技术及其应用的快速发展,全固态电解质材料受到了广泛关注。
未来几年,全固态电解质材料的研究重点将会集中在以下几个方面:1. 提高离子导电率。
通过改进材料结构和添加导电助剂等方式,提高固态电解质的离子导电率,增强电解质的性能。
2. 开发新型材料。
寻找性能更优异的新型全固态电解质材料,如超离子电解质、纳米多孔材料等,为实现更高能量密度、更长寿命的全固态电池提供更好的选择。
3. 提高生产效率。
开发合适的制备工艺,提高生产效率,降低制造成本,推动全固态电解质的商业化应用。
固态电池的 电解质
固态电池的电解质
固态电池的电解质是一种固态物质,通常由一种或多种离子传导的固体材料组成。
电解质在固态电池中扮演着关键的角色,它主要用于离子的传输和反应,同时具有良好的稳定性和电化学性能。
常见的固态电池电解质材料包括:
1. 氧化物电解质:例如氧化锂(Li2O),氧化钠(Na2O)等。
这些
材料通常具有高离子传导性和较高的化学稳定性。
2. 硫化物电解质:例如硫化锂(Li2S),硫化钠(Na2S)等。
硫化
物电解质具有较高的离子传导性能,能够实现较高的工作温度。
3. 混合导电氧化物电解质:例如氧化锂钇(Li3YCl6),氧化镧
锂(LiLaTiO3)等。
这些材料具有较高的离子传导性能和化学稳
定性。
当然,固态电池的发展还处于探索阶段,目前还有很多新型的固态电解质材料正在研究和开发中,例如氟化氢氧化物(HFO)、酸化铁酸盐等。
这些新型电解质材料具有更高的离子传导性和更好的稳定性,有望推动固态电池技术的进一步发展。
latp固态电解质化学名
latp固态电解质化学名LATP固态电解质的化学名是锂氧磷硫酸盐(Lithium Aluminum Titanium Phosphate)。
它是一种具有高离子导电性和化学稳定性的固体材料,广泛应用于锂离子电池、固态电池和其他电化学器件中。
LATP固态电解质具有许多优异的性质,使其成为一种理想的电解质材料。
首先,它具有很高的离子导电性。
离子在LATP晶格中通过占据空位移动,从而形成离子传输通道。
这种结构使得离子能够以较快的速度在固态电解质中传输,从而提高了电池的功率密度。
LATP固态电解质还具有良好的化学稳定性。
它能够抵抗与电极材料和电解质之间的反应,从而延长电池的使用寿命。
与液态电解质相比,固态电解质更不容易发生泄漏和爆炸,因此具有更高的安全性。
在锂离子电池中,LATP固态电解质可以用作电池的隔膜材料。
隔膜是电池中的关键组件,它能够阻止正负极之间的直接接触,同时允许离子通过。
传统的液态电解质隔膜存在着溶解、蒸发和泄漏的问题,而固态电解质隔膜可以有效地解决这些问题。
LATP固态电解质隔膜具有较低的内阻和较高的离子传输速率,从而提高了电池的性能和循环稳定性。
除了锂离子电池,LATP固态电解质还可以应用于其他类型的固态电池。
固态电池是一种新兴的电池技术,相较于传统的液态电池,具有更高的能量密度、更长的循环寿命和更好的安全性。
固态电解质是固态电池的关键组成部分,而LATP作为一种优异的固态电解质材料,可以提供更好的电池性能。
除了电池应用,LATP固态电解质还可以用于其他电化学器件。
例如,它可以用于电化学传感器,用于检测环境中的离子浓度。
由于LATP 固态电解质具有高离子导电性和化学稳定性,因此可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
LATP固态电解质是一种具有高离子导电性和化学稳定性的固体材料。
它在锂离子电池、固态电池和其他电化学器件中具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展,相信LATP固态电解质会在未来的电化学领域发挥更重要的作用。
固体电解液 材料
固体电解液材料
固体电解液是一种特殊的电解质材料,它在固态下能够传导离子,因此在电池、燃料电池、电容器等电化学器件中有广泛应用。
与传统的液态电解液相比,固体电解液具有不漏液、不挥发、无毒无害等优点,而且可以在高温、低温、高压力等极端环境下使用。
固体电解液的导电性能和离子电导率取决于其材料的组成和结构。
常见的固体电解液材料包括无机固体电解质、聚合物固体电解质和复合固体电解质等。
其中,无机固体电解质主要由金属氧化物、硫化物、氯化物等组成,具有较高的离子电导率,但机械性能较差。
聚合物固体电解质主要由高分子聚合物和锂盐组成,具有良好的柔韧性和成膜性,但离子电导率较低。
复合固体电解质则是由无机固体电解质和聚合物固体电解质复合而成的,具有优异的机械性能和离子电导率。
在应用方面,固体电解液可以作为电池的正负极间隔膜和离子传递介质,用于制造高能量密度、高安全性、高可靠性的电池。
此外,固体电解液还可以用于制造燃料电池、电容器等电化学器件,以及在化学反应中作为催化剂或载体等。
总之,固体电解液作为一种新型的电解质材料,具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
随着技术的不断进步和研究的深入,相信固体电解液的性能和应用领域将会得到进一步拓展。
固体电解质材料
固体电解质材料固体电解质材料第⼀节银、铜离⼦导体银、铜离⼦导体是固体电解质材料中研究最早的⼀部分,对它们的研究促进了固体电解质学科的发展。
最典型的是AgI晶体., 其146℃时转变成α相(146℃-555℃),电导率提⾼了三个数量级,达到1.3 Ω-1cm-1。
研究发现,⼀系列银和铜的卤化物和硫属化合物如:CuBr、CuI、Ag2S、Ag2Se和Ag2Te等都有这种离⼦导电性。
⾃1961年合成出了第⼀个室温快离⼦导体Ag3SI以来,1967年发现了RbAg4I5,它在室温的电导率为0.27Ω-1cm-1,是⾄今为⽌,室温电导率最⾼的银离⼦固体电解质。
银离⼦导体的化学稳定性较差,且价格⾼。
铜离⼦导体和银离⼦导体性质相近,但价格便宜。
如:RbCu4Cl3I2和Rb4Cu16Cl13I7是⽬前室温电导率最⾼的固体电解质材料。
银、铜离⼦导体的晶体结构已在第⼀章中介绍过。
它们分别是体⼼⽴⽅和⾯⼼⽴⽅结构。
根据这样的结构的特点,可以在α-AgI结构的基础上进⾏离⼦置换得到许多类似结构的银铜离⼦导体(⽤其他离⼦置换碘化银中的部分离⼦,使α-AgI 的⾼温导电相结构能够稳定到室温)。
⼀、α-AgI的离⼦置换1、阴离⼦置换:⽤S2-、P2O74-(焦磷酸根离⼦)、PO43-、AsO43-、VO43-、Cr2O72-、CrO42-、WO42-、Mo2O72-、MoO42-、SeO42-、TeO42-和SO42-等阴离⼦(银盐)都可以置换α-AgI中的⼀部分I - 离⼦,得到室温下具有⾼离⼦导电率的固体电解质。
它们的室温电导率⽐室温下的 AgI⼤104倍。
a、α-Ag2S本⾝也是体⼼⽴⽅结构,只是晶格内银离⼦有4个,且电⼦电导较⼤。
Ag3SI是AgI和Ag2S的⼆元系中分⼦⽐ 1:1的化合物。
具有与α-AgI相类似的结构。
银离⼦电导率在25℃时为0.01Ω-1cm-1,电⼦电导率为10-8Ω-1cm-1,电⼦电导率的⼤⼩取决于样品制备过程中硫的活度,硫的活度越⼤,电⼦电导率就越低。
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质是一种新型的电解质材料,它具有高离子导电性、良好的稳定性和可塑性等特点,被广泛应用于锂离子电池、超级电容器和燃料电池等领域。
固体聚合物电解质相比传统的液态电解质,具有更高的化学稳定性和机械强度,能够有效地降低电池内部短路和漏电等安全隐患,同时还能够提高电池的能量密度和循环寿命。
此外,固体聚合物电解质还具有较低的成本和易于加工等优点。
固体聚合物电解质的主要成分是高分子物质,如聚乙烯氧化物(PEO)、聚丙烯酸酯(PBA)、聚碳酸酯(PCE)等。
这些高分子材料可以与离子源(如锂盐)反应,形成一种固态电解质体系。
固体聚合物电解质的离子传输主要是通过高分子链上的空穴或孔道进行的。
固体聚合物电解质的制备方法主要包括溶液浸渍、热压成型、电沉积等。
其中,溶液浸渍法是最常用的方法之一。
该方法的具体步骤为:将高分子材料溶解在适当的溶剂中,加入离子源,然后将待制备的电极材料(如锂钴氧化物)浸泡在溶液中,使其充分吸收电解质,再通过烘干、加压等步骤将电解质固化在电极材料表面。
固体聚合物电解质的应用领域主要包括锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。
在锂离子电池中,固体聚合物电解质可替代传统的有
机液态电解质,提高电池的安全性和循环寿命。
在超级电容器中,固体聚合物电解质可以提高电容器的能量密度和功率密度。
在燃料电池中,固体聚合物电解质可以实现高温下的稳定运行。
固体聚合物电解质是一种具有广阔应用前景的新型电解质材料。
随着科技的不断发展,它的应用范围将会越来越广泛。
当然,固体聚合物电解质材料的研发和制备还需要更多的技术突破和探索,以满足不同领域的需求。
固体电解质
固体电解质材料第一节银、铜离子导体银、铜离子导体是固体电解质材料中研究最早的一部分,对它们的研究促进了固体电解质学科的发展。
最典型的是AgI晶体., 其146℃时转变成α相(146℃-555℃),电导率提高了三个数量级,达到1.3 Ω-1cm-1。
研究发现,一系列银和铜的卤化物和硫属化合物如:CuBr、CuI、Ag2S、Ag2Se和Ag2Te等都有这种离子导电性。
自1961年合成出了第一个室温快离子导体Ag3SI以来,1967年发现了RbAg4I5,它在室温的电导率为0.27Ω-1cm-1,是至今为止,室温电导率最高的银离子固体电解质。
银离子导体的化学稳定性较差,且价格高。
铜离子导体和银离子导体性质相近,但价格便宜。
如:RbCu4Cl3I2和 Rb4Cu16Cl13I7是目前室温电导率最高的固体电解质材料。
银、铜离子导体的晶体结构已在第一章中介绍过。
它们分别是体心立方和面心立方结构。
根据这样的结构的特点,可以在α-AgI结构的基础上进行离子置换得到许多类似结构的银铜离子导体(用其他离子置换碘化银中的部分离子,使α-AgI 的高温导电相结构能够稳定到室温)。
一、α-AgI的离子置换1、阴离子置换:用S2-、P2O74-(焦磷酸根离子)、PO43-、AsO43-、VO43-、Cr2O72-、CrO42-、WO42-、Mo2O72-、MoO42-、SeO42-、TeO42-和SO42-等阴离子(银盐)都可以置换α-AgI中的一部分I - 离子,得到室温下具有高离子导电率的固体电解质。
它们的室温电导率比室温下的 AgI大104倍。
a、α-Ag2S本身也是体心立方结构,只是晶格内银离子有4个,且电子电导较大。
Ag3SI是AgI和Ag2S的二元系中分子比 1:1的化合物。
具有与α-AgI相类似的结构。
银离子电导率在25℃时为0.01Ω-1cm-1,电子电导率为10-8Ω-1cm-1,电子电导率的大小取决于样品制备过程中硫的活度,硫的活度越大,电子电导率就越低。
nasicon型结构固体电解质
nasicon型结构固体电解质引言固体电解质作为电动汽车和可再生能源等领域中重要的能源存储和转化设备,正在得到越来越多的关注。
而na s ic on型结构固体电解质作为一种重要的固体电解质材料,具有独特的导电性能和稳定性,因此备受研究者的关注。
本文将介绍na si co n型结构固体电解质的定义、特点、应用以及未来的发展趋势。
定义n a si co n型结构固体电解质是指一种属于氧化物类固体电解质材料,其化学式通常为A B2(P O4)3,其中A和B分别代表不同的阳离子,如L i、N a、K等代表A离子,M g、Zr、H f等代表B离子。
这种结构的固体电解质具有独特的离子通道和稳定的结构,能够提供高离子导电性能和良好的化学稳定性。
特点高离子导电性能1.:n as ic on型结构固体电解质的离子通道具有较大的空间,能够容纳大量的离子传输,因此具有较高的离子导电性能。
其导电性能可达到10^-3S/cm量级,比传统液态电解质高出数个数量级,适用于高功率密度要求的电化学设备。
优异的化学稳定性2.:由于na si co n型结构固体电解质材料的稳定结构,可在高温和极端环境下保持稳定性。
因此,其在高温操作和长周期循环使用过程中,不易产生结构变化和化学腐蚀现象,具有良好的耐久性和循环性能。
宽电化学窗口3.:na s ic on型结构固体电解质能够在较宽的电化学窗口内运行,可以承受较高的电压和电流密度,适应不同的电化学装置的需求。
可定制性强4.:na si c on型结构固体电解质可以通过改变A、B离子组合和添加掺杂元素等手段来调节其物理性质,如改变导电性能、热稳定性和力学性能等,满足不同应用领域的要求。
应用固态锂离子电池1.:n as ic on型结构固体电解质材料可以作为固态锂离子电池的电解质,代替传统的液态电解质。
其高离子导电性和优异的化学稳定性可以提高电池的安全性和循环寿命,同时降低电池的成本和体积。
固态电池电解质材料
固态电池电解质材料随着能源需求的不断增加,传统的化石燃料已经无法满足人类对能源的需求。
因此,人们开始寻找新的能源替代品,其中电池技术是其中之一。
电池技术的发展已经取得了很大的进展,但是传统的液态电解质一直是电池技术的瓶颈。
近年来,固态电池的出现为电池技术的发展带来了新的机遇。
本文将重点介绍固态电池电解质材料的研究进展。
1. 概述固态电池是指电池中的电解质是固态的电池。
相比于传统的液态电解质电池,固态电池具有更高的能量密度、更长的使用寿命、更高的安全性和更快的充电速度等优点。
固态电池的电解质材料是固态的,可以减少电池的体积和重量,提高电池的能量密度。
此外,固态电池的电解质材料具有更高的热稳定性和化学稳定性,可以提高电池的安全性和使用寿命。
2. 固态电池电解质材料的分类固态电池电解质材料可以分为无机固体电解质和有机固体电解质两类。
2.1 无机固体电解质无机固体电解质是指由无机材料构成的固态电解质。
无机固体电解质具有高的离子导电性能和化学稳定性,但是由于其复杂的制备过程和高成本,目前应用较少。
目前常用的无机固体电解质材料主要包括氧化物、硫化物、氮化物等。
2.2 有机固体电解质有机固体电解质是指由有机材料构成的固态电解质。
有机固体电解质具有较高的离子导电性能和较低的成本,因此应用较为广泛。
目前常用的有机固体电解质材料主要包括聚合物、离子液体等。
3. 固态电池电解质材料的研究进展固态电池电解质材料的研究已经取得了很大的进展。
下面将重点介绍有机固态电解质材料的研究进展。
3.1 聚合物电解质聚合物电解质是指由聚合物构成的固态电解质。
聚合物电解质具有较高的离子导电性能和较低的成本,因此应用较为广泛。
目前常用的聚合物电解质主要包括聚合物基固态电解质和复合型固态电解质。
聚合物基固态电解质是指将聚合物作为电解质材料,通过添加离子源和助剂等使其具有离子导电性能。
聚合物基固态电解质具有较高的离子导电性能和较好的化学稳定性,但是其制备过程较为复杂,目前应用较少。
固态电池主要原材料
固态电池主要原材料固态电池主要原材料引言:随着可再生能源和电动汽车的快速发展,高能量密度和高安全性的电池技术迫切需要实现。
固态电池作为一种新型电池技术,具有许多潜力,可以在电动汽车、便携式电子设备和储能系统中替代传统的液态电池。
但是,要实现固态电池的商业化应用,合适的原材料是必不可少的。
本文将深入探讨固态电池主要原材料的特性和应用。
正文:一、固态电解质材料固态电解质是固态电池的关键组件,它可以代替传统液态电解质,具备更高的离子导电性和更好的安全性能。
目前,有几种主要的电解质材料被广泛研究和应用。
1. 锂磷酸盐玻璃陶瓷(Lithium Phosphate Glass Ceramic, LPGC)LPGC是一种具有优异离子导电性和化学稳定性的材料。
它可以用作固态锂电池的电解质,使得电池具有更高的能量密度和更长的寿命。
此外,LPGC还具有低成本和可扩展性的优势,使其成为一种非常有前景的固态电解质材料。
2. 固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte, SPE)SPE是一种由聚合物和离子导体组成的固态电解质。
它具有优异的柔性和机械强度,并且可以在宽温度范围内实现高离子导电性。
SPE不仅可以用于锂离子电池,还可以用于其他类型的固态电池,如氢燃料电池和钠离子电池。
然而,SPE的商业化应用目前仍面临挑战,需要进一步提高其离子导电性和稳定性。
3. 硒化物固态电解质(Selenide Solid Electrolyte, SSE)SSE是一类具有高离子导电性和热稳定性的固态电解质材料。
由于其在宽温度范围内的良好性能和较低的制备成本,SSE在固态电池领域受到了广泛关注。
然而,SSE也存在着一些挑战,如与阳极和阴极材料的界面问题以及高温下的热膨胀系数不匹配等。
二、正负极材料固态电池的正负极材料也是实现高性能和高能量密度的关键。
以下是目前研究和应用较多的几种正负极材料。
1. 正极材料常见的固态电池正极材料包括锂离子导体氧化物(例如锂钴酸锂)、锂钛酸盐和磷酸盐锂。
peo基固态电解质
peo基固态电解质固态电解质(Solid-state electrolyte)是一种具有高离子电导率的固体材料,常用于锂离子电池、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)和超级电容器等能源存储和转换器件中。
与传统的液态或凝胶态电解质相比,固态电解质具有较高的化学稳定性、阻止电池内部短路的能力以及较宽的工作温度范围。
此外,由于固态电解质不需要添加可溶性盐或稳定剂,因此有望解决当前基于液态电解质的器件所面临的安全性和稳定性等问题。
作为一种新型电解质材料,固态电解质一直是电化学领域的研究热点。
目前,研究人员一般通过两种方法来制备固态电解质:一是通过固态反应合成,二是通过固相烧结法制备。
固态电解质主要包括无机固体和有机固体两类。
无机固态电解质主要以氧化物和硫化物为主,如氧化锂铁磷酸盐(Li3Fe2(PO4)3)、氧化锂钛酸盐(Li4Ti5O12)、硫化锂(Li2S)等。
这些材料具有较高的离子导电率和较好的电化学稳定性,但由于其晶体结构的稳定性较差,制备过程较为复杂,且工艺要求严格。
有机固态电解质主要指的是聚合物电解质,如聚乙烯氧化物(PEO)的聚合物复合物。
与无机电解质相比,有机电解质具有低结晶温度、易形成薄膜、较高的离子导电率等优点,但其电化学稳定性和可加工性较差。
因此,为了兼顾这两种电解质的优势,近年来也出现了无机-有机复合固态电解质的研究。
无论是无机固态电解质还是有机固态电解质,都有其各自的制备方法和特点。
无机固态电解质的合成通常需要高温烧结,而有机固态电解质通常采用溶液浸渍法或电化学沉积法来制备。
此外,为了提高固态电解质的导电性能和电化学稳定性,还经常在电解质中掺杂或添加金属离子、离子液体等。
固态电解质在能源存储和转换领域具有广阔的应用前景。
在锂离子电池中,固态电解质可用于替代液态电解质,提高电池能量密度、安全性和循环性能。
在固体氧化物燃料电池中,固态电解质作为固体氧化物燃料电池核心组件之一,可以提供高离子电导率和较低的燃料反应极化,使燃料电池具有更高的效率和稳定性。
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固体电解质材料第一节银、铜离子导体银、铜离子导体是固体电解质材料中研究最早的一部分,对它们的研究促进了固体电解质学科的发展。
最典型的是AgI晶体., 其146℃时转变成α相(146℃-555℃),电导率提高了三个数量级,达到1.3 Ω-1cm-1。
研究发现,一系列银和铜的卤化物和硫属化合物如:CuBr、CuI、Ag2S、Ag2Se和Ag2Te等都有这种离子导电性。
自1961年合成出了第一个室温快离子导体Ag3SI以来,1967年发现了RbAg4I5,它在室温的电导率为0.27Ω-1cm-1,是至今为止,室温电导率最高的银离子固体电解质。
银离子导体的化学稳定性较差,且价格高。
铜离子导体和银离子导体性质相近,但价格便宜。
如:RbCu4Cl3I2和 Rb4Cu16Cl13I7是目前室温电导率最高的固体电解质材料。
银、铜离子导体的晶体结构已在第一章中介绍过。
它们分别是体心立方和面心立方结构。
根据这样的结构的特点,可以在α-AgI结构的基础上进行离子置换得到许多类似结构的银铜离子导体(用其他离子置换碘化银中的部分离子,使α-AgI 的高温导电相结构能够稳定到室温)。
一、α-AgI的离子置换1、阴离子置换:用S2-、P2O74-(焦磷酸根离子)、PO43-、AsO43-、VO43-、Cr2O72-、CrO42-、WO42-、Mo2O72-、MoO42-、SeO42-、TeO42-和SO42-等阴离子(银盐)都可以置换α-AgI中的一部分I - 离子,得到室温下具有高离子导电率的固体电解质。
它们的室温电导率比室温下的 AgI大104倍。
a、α-Ag2S本身也是体心立方结构,只是晶格内银离子有4个,且电子电导较大。
Ag3SI是AgI和Ag2S的二元系中分子比 1:1的化合物。
具有与α-AgI相类似的结构。
银离子电导率在25℃时为0.01Ω-1cm-1,电子电导率为10-8Ω-1cm-1,电子电导率的大小取决于样品制备过程中硫的活度,硫的活度越大,电子电导率就越低。
所以Ag3SI材料的合成时,需要在一定的硫蒸气压下进行。
Ag3SI在800℃以前不分解,是一个中温固体电解质。
b、Ag3PO4-AgI 系统中存在三个中间化合物,其中两个不是离子导体,只有 Ag7I4PO4 是低温离子导体,它是由 AgI和 Ag3PO4在400℃直接合成的。
常温的离子电导率0.019Ω-1cm-1。
T > 79会慢慢分解成AgI和Ag5I2PO4。
c、Ag4P2O7- AgI系统中存在四个中间化合物,其中,AgI占93mol%左右的组成电导率最高;40mol%的组成电导率降低。
Ag19I15P2O7是一个低温离子导体,25℃时0.09Ω-1cm-1。
147℃时分解成 AgI和Ag16I12P2O7(在147-274℃具有高的电导率)。
d、Ag2SO4-AgI系统:Ag2SO4与AgI、AgBr、AgCl三个系统中,只有Ag2SO4-AgI系统中存在高电导的室温固体电解质。
它是硫酸银组分在0-25mol%范围内生成的固溶体。
急冷得到的室温相(不稳定,须在-20℃保存,否则会析出γ-AgI,降低电导率),室温电导率高达0.05Ω-1cm-1。
其他含氧酸银和碘化银系统合成的化合物电导率要低一个数量级。
2、阳离子置换将Rb+和K+等碱金属离子、NH4+ 或各种有机铵离子、锍或硒的有机集团等阳离子引到AgI中去,也能使α-AgI的类似结构在室温下稳定。
生成室温高离子电导的碘化银基固体电解质材料。
室温电导率一般在0.01-0.25Ω-1cm-1之间。
碘化锍或碘化硒与碘化银合成的锍或硒部分置换的有机锍或有机硒银离子导体:(CH3)3SI•AgI, (CH3)2S(CH2)3S(CH3)22I•AgI(CH3)3SeI•AgI用MI(一价金属离子碘化物)与AgI化合,使M离子代替部分银离子生成MAg4I5,是目前在室温下具有最高离子电导率的一组银离子导体。
如:RbAg4I5在25℃时电导率高达0.27 Ω-1cm-1,但是,MAg4I5是不稳定的,会发生分解反应,析出AgI:MAg4I5 (S) → 7/2 AgI (S) + 1/2 M2AgI3所以其应用受到一定的限制。
由于其反应速度较慢,使RbAg4I5在固体电池和其他离子器件上得到应用。
3、混合离子置换用一些阳离子和一些阴离子共同取代AgI的部分阳离子和部分阴离子,也能获得室温下高离子导电率的银离子固体电解质材料。
如:Ag2.0Hg0.25S0.5I1.5,其室温电导率为0.147 Ω-1cm-1。
结构皆为α-AgI型。
二、卤化亚铜的离子置换、由于亚铜离子与银离子有类似的性质,而铜的价格比银便宜得多,且亚铜离子导体卤化亚铜在高温时的电导率与银离子导体相近,人们很希望获得室温下,高导电率的亚铜离子导体;为了提高亚铜离子导体的室温电导率(稳定卤化亚铜的高温结构),也可以通过引入离子半径较大的离子以阻止其结构转变来达到。
1、阳离子置换a、有机铵卤化物-卤化亚铜系统(C6H12N4RX-CuX)此类系统中电导率最高的是溴化物系统:在C6H12N4CH3Br-CuBr系统中,含CuBr 87.5mol%的组成,20℃时0.017 Ω-1cm-1;在C6H12N2(CH3)2Br-CuBr系统中,含94mol%CuBr的组成,20℃时的电导率为0.035Ω-1cm-1。
其中铵离子的最小尺寸(指其椭圆短半轴)至少4.7Å才能稳定其高温结构至室温。
b、碱金属卤化物-卤化亚铜系统KI-CuI系统中,只有一个化合物KCu4I5,它具有和α-RbAg4I5相同的结构,其高导相的相变温度为261℃,在此温度以上电导率比大三个数量级以上,电导活化能很小。
在261℃以下会分解CuI和KI。
RbCl-CuCl系统中已发现三种亚铜离子导体:Rb3Cu7Cl10(含70mol%CuCl)、RbCu3Cl4(含75mol%CuCl)和Rb2Cu3Cl5(含60mol%CuCl)。
其中前两种室温电导率很高;RbCu3Cl4的室温电导率为2.25x10-3Ω-1cm-1,比CuCl高4-5个数量级。
2、混合离子置换在RbCl-CuI-CuCl三元系统中有两种室温电导率很高的亚铜离子导体:RbCu4Cl3I2和Rb4Cu16Cl13I7。
都具有α-RbAg4I5那样的结构,是目前所有的固体电解质中室温电导率最高的快离子导体。
它们的快离子相的相变温度分别为-52℃和-25℃;室温电导率分别为0.44Ω-1cm-1和0.34Ω-1cm-1。
这两种材料的电子导电很低,均小于10-11Ω-1cm-1。
由于它们的电性能比α-RbAg4I5还好,且价格较便宜,所以在固体电解质电池和其他固体离子器件上有着广泛的应用前景。
离子置换是银、铜离子导体的一个重要化学特性,是寻找常温下银铜离子导体的主要方法之一。
人们得到了很多高导电率的银铜离子导体,但它们的缺点是分解电压较低。
另外,银铜离子的硫属化合物一般具有电子导电(混合导体);如:α-Ag2Te电子导电率比银离子导电率大100倍; Ag2S σe - 103σi第二节钠离子导体钠离子导体在固体电解质中占有重要比重,其中β-Al2O3更具有重要的理论意义和实践意义。
β-Al2O3是一种铝酸钠材料,它们的理论式分别是:β-Al2O3 (Na2O·11Al2O3)β"-Al2O3 ( Na2O·5.33Al2O3 ) β′″-Al2O3 ( Na2O·4MgO·15Al2O3 )、β""-Al2O3 ( Na1.69Mg2.67Al14.33O25 )一、理想结构它们的理想晶体结构特点已在第一章中介绍过,β-Al2O3中,氧离子呈立方密堆积,铝离子占据其中八面体和四面体间隙位置。
由四层(β-Al2O3)或六层(β"-Al2O3)密堆积氧离子和铝离子构成的基快被称为尖晶石基块,尖晶石基块之间是由钠氧离子构成的疏松堆积的钠氧层。
通过尖晶石基块中的铝离子和钠氧层中的氧离子使尖晶石基块连接起来。
钠离子可以在层间迁移。
β-Al2O3的单位晶胞由两个Al11O16尖晶石基块和两个钠氧层交迭组成,通过钠氧层上下两个尖晶石基块呈镜面对称。
钠氧层中钠离子可以存在的位置为上下尖晶石氧离子组成的三棱柱中心和上下两氧离子之间势垒较高的位置。
β"-Al2O3 的单位晶胞由三个尖晶石基块和三个钠氧层交迭组成,两尖晶石的界面上氧离子不再是镜面对称。
钠氧层中钠离子可以存在的位置为上下尖晶石氧离子组成的四面体位,势垒较低。
因而电导率较β-Al2O3高些。
β"'-Al2O3和β""-Al2O3中,每个尖晶石基块由六层密堆积铝氧层组成,β"'-Al2O3单位晶胞含有两个尖晶石基块和两个钠氧层组成。
β""-Al2O3单位晶胞由三个尖晶石基块和三个钠氧层组成。
它们之间的差别与β-Al2O3和β"-Al2O3 相似。
以上为β-Al2O3理想结构。
它们都是钠离子二维导体。
二、实际结构1、铝酸钠NaAlO2;有三个同素异性体β,γ和δ;2、β-氧化铝是成分在5.3Al2O3,Na2O和8.5Al2O3,Na2O之间的非化学配比相。
β-Al2O3的区域从1050到1400℃是增大,然后在富Na2O 一侧是减小。
在包晶点2000℃附近相区消失,包晶点的成分大约是8.5Al2O3,Na2O。
长期以来认为理想成分是11Al2O3,Na2O,但从未达到过。
两相被1580℃的共晶点分隔开。
在制备β-Al2O3的过程中,常遇到β"-Al2O3相,成分也在5.3Al2O3,Na2O和8.5Al2O3,Na2O之间的非化学配比相;β"-Al2O3相是亚稳相,1550℃不可逆的转变成β-Al2O3相。
在相图的阴影部分是β-Al2O3和β"-Al2O3共存区。
可以通过引入杂质将β"-Al2O3相稳定下来。
常用来进入尖晶石基块中,代替部分氧化铝的β"-Al2O3稳定剂有go,Li2O,NiO,CoO,CuO,ZnO,MnO,CdO等;添加离子的半径r<0.97Å时,稳定相是β"-Al2O3;这些低价的离子代替三价铝离子后,必然要通过引入钠离子来平衡电中性,这些钠离子的进入,可能增加导电的钠离子;或可除去阻碍钠离子迁移的间隙氧离子;所以会提高β-Al2O3的电导率。
β-Al2O3稳定剂有PbO等。
r>0.97Å时,这些离子不能进入尖晶石基块,直接进入钠氧层,降低了电导率,稳定相是β-Al2O3。
对Naβ-Al2O3(NaAl11O17)而言,钠含量可以在很宽的范围内变化,因为,理想结构中单位晶胞内钠氧层的面积为31(Å)2,理想情况下,仅被一个钠离子(0.9Å)和一个氧离子(1.40Å) 所占据;因此有足够的空间容纳过量的离子。