Polymorphie und schnelle Kalium‐Ionenleitung im Phosphidosilicat KSi2P3 mit T5 Supertetraedern. (3rd May 2021) - Haffner, Arthur; Hatz, Anna‐Katharina; Zeman, Otto E. O.; Hoch, Constantin; Lotsch, Bettina V.; Johrendt, Dirk
Abstract: Die Feststoffbatterie (all‐solid‐state‐battery, ASSB) ist ein vielversprechender Kandidat für die elektrochemische Energiespeicherung. Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit von Lithium werden alternative Systeme auf Basis reichlich verfügbarer und günstiger Elemente gesucht. Neben den bereits gut untersuchten Natriumverbindungen bieten die bisher kaum erforschten Kaliumverbindungen ebenso die Vorteile geringer Kosten und eines großen elektrochemischen Spannungsbereiches. Hier berichten wir hier über die Synthese und Kristallstruktur des Kaliumionenleiters T5‐KSi2 P3 . Diese Verbindung besteht aus SiP4 ‐Tetraedern, die interpenetrierende Netzwerke aus großen T5‐Supertetraedern bilden. Die Verbindung durchläuft bei 1020 °C einen rekonstruktiven Phasenübergang von der bekannten T3‐Struktur zu einer tetragonalen T5‐Modifikation. Beim Abkühlen treten weitere displazive enantiotrope Phasenübergänge bei etwa 155 °C und 80 °C auf. Die Kaliumionen befinden sich in großen Kanälen zwischen den T5‐Netzwerken und sind leicht beweglich. Die Ionenleitfähigkeit beträgt bis zu 2.6×10 −4  S cm −1 bei 25 °C mit einer Aktivierungsenergie um 0.20 eV. Dies ist bemerkenswert hoch für einen Kaliumionenleiter bei Raumtemperatur und kennzeichnet KSi2 P3 als ersten nicht‐oxidischen festen Kaliumionenleiter. Abstract : Auf die Größe kommt es an: Erst eine Struktur mit großen T5‐Supertetraedern ermöglicht schnelle K + ‐Ionenleitung im polymorphen Phosphidosilicat KSi2 P3 .