慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的研究團(tuán)隊(duì)在固態(tài)電池技術(shù)探索中邁出了關(guān)鍵步伐，他們成功研制出一種創(chuàng)新的復(fù)合材料，該材料由鋰、銻及鈧元素構(gòu)成，其鋰離子傳導(dǎo)性能相較于現(xiàn)有材料提升了30%以上。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的是TUM無機(jī)化學(xué)系的托馬斯·F·法斯勒教授。研究團(tuán)隊(duì)通過巧妙地將鋰銻化合物中的部分鋰原子替換為鈧金屬，從而在材料的晶體結(jié)構(gòu)中引入了獨(dú)特的“空位”。這些空位仿佛為鋰離子開辟了快速通道，使其能夠更為順暢且迅速地穿梭于固態(tài)電池之中。
研究團(tuán)隊(duì)的研究成果在《先進(jìn)能源材料》期刊上發(fā)表，題為《鈧誘導(dǎo)的Li3Sb結(jié)構(gòu)無序與空位工程——實(shí)現(xiàn)Li3-3xScxSbv中的卓越離子傳導(dǎo)性》。在這一過程中，研究團(tuán)隊(duì)面臨了材料同時(shí)具備導(dǎo)電性的特殊挑戰(zhàn)，為此他們不得不調(diào)整傳統(tǒng)的測(cè)量方法。共同作者托比亞斯·庫施表示，盡管測(cè)量工作復(fù)雜，但經(jīng)過多次驗(yàn)證，他們確認(rèn)了新材料的卓越性能。
法斯勒教授認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)不僅在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有重要意義，而且為固態(tài)電池材料的創(chuàng)新提供了全新的視角。“通過微量鈧的添加，我們揭示了一種全新的機(jī)制，這可能為其他元素組合的研究提供靈感。”他說道。
盡管在正式應(yīng)用于電池之前，新材料還需經(jīng)歷一系列嚴(yán)格的測(cè)試，但研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其前景充滿信心。法斯勒教授指出，這種能夠同時(shí)傳導(dǎo)離子和電子的材料非常適合作為電極添加劑，并已經(jīng)為其申請(qǐng)了專利。新材料還展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性，且能夠通過現(xiàn)有的化學(xué)工藝輕松制造，這些特性都為其商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
TUM的研究人員在這一過程中還意外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的物質(zhì)類別。研究的第一作者、來自TUMint.EnergyResearch GmbH的姜景文研究員強(qiáng)調(diào)，他們的研究不僅限于鋰-銻系統(tǒng)，同樣的概念也可以應(yīng)用于鋰-磷系統(tǒng)。與以往需要多種額外元素優(yōu)化的材料相比，他們的新材料僅需添加鈧這一種元素，這大大簡(jiǎn)化了制備過程。“我們相信，這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)提升其他材料的導(dǎo)電性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”姜景文說道。
TUMint.EnergyResearch GmbH是此次研究的重要參與者之一，該機(jī)構(gòu)由慕尼黑工業(yè)大學(xué)和巴伐利亞州經(jīng)濟(jì)事務(wù)部于2019年共同成立，旨在整合TUM在固態(tài)電池領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，為工業(yè)項(xiàng)目提供有力支持。目前，該機(jī)構(gòu)擁有約20名科學(xué)家，他們分別隸屬于TUM的各個(gè)相關(guān)系所。從法律層面來看，TUMint.EnergyResearch GmbH是TUM International GmbH的子公司。
