30%傳導(dǎo)效率躍升！新型電池材料讓鋰離子上"高速公路"

近日，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)宣布，成功開(kāi)發(fā)出由鋰、銻、鈧構(gòu)成的新型金屬?gòu)?fù)合材料，其鋰離子傳導(dǎo)速率較現(xiàn)有材料提升逾30%，創(chuàng)下固態(tài)電池領(lǐng)域新紀(jì)錄。該成果通過(guò)精準(zhǔn)構(gòu)筑晶格空位實(shí)現(xiàn)離子遷移效率飛躍，相關(guān)研究發(fā)表于《先進(jìn)能源材料》雜志，并已進(jìn)入專(zhuān)利申請(qǐng)階段。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將鋰銻化合物中的部分鋰原子替換為鈧金屬，在晶體結(jié)構(gòu)中形成三維貫通的晶格空位網(wǎng)絡(luò)。這些空位如同為鋰離子鋪設(shè)的專(zhuān)用通道，大幅降低遷移阻力，使材料在0.25 mS/cm的離子電導(dǎo)率下實(shí)現(xiàn)超快響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)顯示，新材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)高達(dá)1.8×10?? cm²/s，較傳統(tǒng)硫化物電解質(zhì)提升32%。更令人矚目的是，該材料僅需微量鈧（0.1-0.3原子百分比）即可誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)無(wú)序化，而此前同類(lèi)材料需添加5種額外元素才能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似性能。

"這不僅是基礎(chǔ)研究的突破，更為固態(tài)電池商業(yè)化鋪平了道路。"團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人托馬斯·法斯勒教授表示。新材料兼具優(yōu)異的熱穩(wěn)定性（分解溫度＞400℃）和工藝兼容性，可通過(guò)成熟的濕化學(xué)法規(guī)模化制備。經(jīng)德國(guó)弗勞恩霍夫研究所驗(yàn)證，其同時(shí)具備離子/電子雙重傳導(dǎo)能力（電導(dǎo)率＞10?³ S/cm），可作為電極添加劑直接優(yōu)化界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。目前團(tuán)隊(duì)已成功將材料集成至實(shí)驗(yàn)室原型電池，在2C倍率下實(shí)現(xiàn)92%的容量保持率。

該發(fā)現(xiàn)揭示了"單一元素?fù)诫s誘導(dǎo)空位"的普適性原理，研究團(tuán)隊(duì)正探索其在鋰磷系統(tǒng)中的應(yīng)用。姜景文研究員指出："同樣的設(shè)計(jì)思路可簡(jiǎn)化其他高導(dǎo)電性材料的開(kāi)發(fā)流程，預(yù)計(jì)將引發(fā)材料科學(xué)領(lǐng)域的連鎖創(chuàng)新。"隨著寧德時(shí)代、豐田等巨頭加速固態(tài)電池布局，此項(xiàng)技術(shù)或于2027年進(jìn)入中試生產(chǎn)階段，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航突破1000公里。

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