近日，德國慕尼黑工業(yè)大學（TUM）聯(lián)合研究團隊宣布，成功開發(fā)出由鋰、銻、鈧構成的新型金屬復合材料，其鋰離子傳導速率較現(xiàn)有材料提升逾30%，創(chuàng)下固態(tài)電池領域新紀錄。該成果通過精準構筑晶格空位實現(xiàn)離子遷移效率飛躍，相關研究發(fā)表于《先進能源材料》雜志，并已進入專利申請階段。
研究團隊創(chuàng)新性地將鋰銻化合物中的部分鋰原子替換為鈧金屬，在晶體結構中形成三維貫通的晶格空位網(wǎng)絡。這些空位如同為鋰離子鋪設的專用通道，大幅降低遷移阻力，使材料在0.25 mS/cm的離子電導率下實現(xiàn)超快響應。實驗顯示，新材料的鋰離子擴散系數(shù)高達1.8×10?? cm²/s，較傳統(tǒng)硫化物電解質提升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）即可誘導結構無序化，而此前同類材料需添加5種額外元素才能實現(xiàn)類似性能。
“這不僅是基礎研究的突破，更為固態(tài)電池商業(yè)化鋪平了道路。”團隊負責人托馬斯·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，可通過成熟的濕化學法規(guī)?；苽?。經德國弗勞恩霍夫研究所驗證，其同時具備離子/電子雙重傳導能力（電導率＞10?³ S/cm），可作為電極添加劑直接優(yōu)化界面反應動力學。目前團隊已成功將材料集成至實驗室原型電池，在2C倍率下實現(xiàn)92%的容量保持率。
該發(fā)現(xiàn)揭示了“單一元素摻雜誘導空位”的普適性原理，研究團隊正探索其在鋰磷系統(tǒng)中的應用。姜景文研究員指出：“同樣的設計思路可簡化其他高導電性材料的開發(fā)流程，預計將引發(fā)材料科學領域的連鎖創(chuàng)新。”隨著寧德時代、豐田等巨頭加速固態(tài)電池布局，此項技術或于2027年進入中試生產階段，推動電動汽車續(xù)航突破1000公里。
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