Chất dẫn ion lithium lập kỷ lục: Các nhà nghiên cứu phát triển vật liệu mới cho pin thể rắn
bởi Đại học Kỹ thuật Munich
Giáo sư Thomas F. Fässler trong phòng thí nghiệm của ông tại Khoa Hóa học vô cơ tập trung vào Vật liệu mới. Tín dụng: Wenzel Schuermann / TUM
Các nhà nghiên cứu tại TUM và TUMint.Energy Research đã có bước tiến đáng kể trong việc cải tiến pin thể rắn. Họ đã phát triển một vật liệu mới làm từ lithium, antimon và scandium có khả năng dẫn ion lithium nhanh hơn 30% so với bất kỳ vật liệu nào đã biết trước đây. Công trình này được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Thomas F. Fässler từ Khoa Hóa học vô cơ tập trung vào Vật liệu mới dẫn đầu đã thay thế một phần lithium trong hợp chất antimonide lithium bằng kim loại scandium. Điều này tạo ra các khoảng trống cụ thể, được gọi là chỗ trống, trong mạng tinh thể của vật liệu dẫn. Những khoảng trống này giúp các ion lithium di chuyển dễ dàng và nhanh hơn, tạo nên kỷ lục thế giới mới về độ dẫn ion.
Vì độ dẫn đo được vượt xa độ dẫn của các vật liệu hiện có, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Khoa Điện hóa Kỹ thuật do Giáo sư Hubert Gasteiger phụ trách tại TUM để xác nhận kết quả.
Đồng tác giả Tobias Kutsch, người đã tiến hành các thử nghiệm xác nhận, nhận xét: "Vì vật liệu này cũng dẫn điện nên nó đặt ra một thách thức đặc biệt và chúng tôi phải điều chỉnh các phương pháp đo của mình cho phù hợp".
Fässler nhận thấy tiềm năng to lớn cho vật liệu mới này, ông nói thêm: "Kết quả của chúng tôi hiện đại diện cho một bước tiến đáng kể trong nghiên cứu cơ bản. Bằng cách kết hợp một lượng nhỏ scandium, chúng tôi đã khám phá ra một nguyên lý mới có thể chứng minh là bản thiết kế cho các kết hợp nguyên tố khác. Mặc dù vẫn cần nhiều thử nghiệm trước khi vật liệu này có thể được sử dụng trong các cell pin, nhưng chúng tôi vẫn lạc quan.
"Các vật liệu dẫn cả ion và electron đặc biệt phù hợp để làm chất phụ gia trong điện cực. Do các ứng dụng thực tế đầy hứa hẹn, chúng tôi đã nộp bằng sáng chế cho phát triển của mình."
Ngoài khả năng dẫn điện nhanh hơn, vật liệu này còn có tính ổn định nhiệt và có thể được sản xuất bằng các phương pháp hóa học đã được xác lập rõ ràng.
Các nhà nghiên cứu thậm chí đã phát hiện ra một loại chất hoàn toàn mới thông qua công trình của họ, như tác giả đầu tiên Jingwen Jiang, nhà khoa học tại TUMint.Energy Research, nhấn mạnh, "Sự kết hợp của chúng tôi bao gồm lithium-antimon, nhưng khái niệm tương tự có thể dễ dàng áp dụng cho các hệ thống lithium-phốt pho.
"Trong khi người giữ kỷ lục trước đó dựa vào lithium-lưu huỳnh và cần thêm năm nguyên tố để tối ưu hóa, chúng tôi chỉ cần scandium làm thành phần bổ sung. Chúng tôi tin rằng khám phá của chúng tôi có thể có ý nghĩa rộng hơn trong việc tăng cường độ dẫn điện trong nhiều loại vật liệu khác."
Thông tin thêm: Jingwen Jiang và cộng sự, Scandium Induced Structural Disorder and Vacancy Engineering in Li3Sb – Superior Ionic Conductivity in Li3−3xScxSb, Advanced Energy Materials (2025).DOI: 10.1002/aenm.202500683
Thông tin tạp chí: Vật liệu năng lượng tiên tiến
Được cung cấp bởi Đại học Kỹ thuật Munich
