큐빅 Na3PS4 초이온 전도체의 Na+ 전도도를 향상시키는 Na+ 간섭체 및 도핑제의 역할

본 연구에서는 순수 및 도핑된 큐빅 Na3PS4(c-Na3PS4)의 상 안정성, 도핑제 형성 에너지 및 Na+ 전도도에 대한 첫 번째 원칙 조사를 수행하였습니다. 우리는 순수 c-Na3PS4가 Na 이온 전도체로서 매우 좋지 않으며, Na+ 과잉의 도입이 합리적인 Na+ 전도도를 달성하는 핵심이라는 것을 보여줍니다. 우리는 c-Na3PS4에서 P5+에 대한 M4+의 비등가 도핑 효과를 연구하였으며, Na3+xMxP1–xS4(M = Si, Ge 및 Sn이고 x = 0.0625; M = Si이고 x = 0.125)로 나타났습니다. 도핑 농도 x = 0.0625인 모든 도핑된 구조에서의 형성 에너지가 상대적으로 낮은 것으로 나타났습니다. ab initio 분자 역학 시뮬레이션을 통해, 6.25% Si 도핑된 c-Na3PS4가 1.66 mS/cm의 Na+ 전도도를 가지며, 이전 실험 결과와 매우 잘 일치하는 것으로 예측하였습니다. 놀랍게도, 같은 농도에서 Sn4+ 도핑이 예상된 Na+ 전도도를 10.7 mS/cm로 훨씬 더 높게 나타내었으나, 더 높은 도핑제 형성 에너지를 필요로 합니다. Si4+ 도핑 농도를 x = 0.125로 증가시키면 Na+ 전도도의 상당한 증가와 함께 더 높은 도핑제 형성 에너지가 필요합니다. 마지막으로, 위상적 및 반 호브 상관 함수 분석 결과, Na+ 움직임의 채널 볼륨과 상관관계가 이 구조에서 Na+ 전도도를 향상시키는 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다.