Учёные установили мировой рекорд по ионной проводимости в материалах для литиевых аккумуляторов

Группа учёных из Мюнхенского технического университета (TUM) сообщила о достижении рекордных показателей по ионной проводимости в материалах для литийионных аккумуляторов будущего. По словам исследователей, они обнаружили новый класс материалов, который проще изготовить и который увеличит производительность литийсодержащих аккумуляторов. Открытие подтверждено независимым исследованием и признано крайне перспективным.

Источник изображения: TUM

Для материалов литийионных аккумуляторов важны как электронная, так и ионная проводимость. От мобильности ионов в электролитах (особенно твердотельных) и в электродах зависят важнейшие характеристики аккумуляторов, включая способность отдавать высокие токи без деградации батареи. Сегодня для этого используются сложные многокомпонентные соединения, которые не делают процесс производства дешевле. Учёные из Германии смогли подобрать всего один компонент, который буквально изменит правила игры на рынке аккумуляторов будущего.

Как сообщается в работе, команда под руководством профессора Томаса Ф. Фесслера (Thomas F. Fässler) с кафедры неорганической химии, специализирующейся на новых материалах, частично заменила литий в соединении антимонида лития на металл скандий. Это создало в кристаллической решётке проводящего материала особые пустоты — так называемые вакансии. Эти пустоты помогли ионам лития двигаться легче и быстрее, что привело к установлению нового мирового рекорда по ионной проводимости.

Поскольку измеренная проводимость намного превышала проводимость существующих материалов, для подтверждения характеристик были привлечены специалисты с других кафедр, которым пришлось адаптировать методы измерения для отсечения электронной проводимости, искажавшей результаты тестов.

Учёные предвидят большой потенциал нового материала: «Наш результат на данный момент представляет собой значительный шаг вперёд в фундаментальных исследованиях. Добавив небольшое количество скандия, мы открыли новый принцип, который может стать основой для других комбинаций элементов. Хотя ещё предстоит провести множество испытаний, прежде чем этот материал можно будет использовать в аккумуляторных батареях, мы настроены оптимистично».

«Наша комбинация состоит из лития и сурьмы, но ту же концепцию можно легко применить к системам литий-фосфор. В то время как предыдущий рекордсмен полагался на литий-серу и для оптимизации ему требовалось пять дополнительных элементов, нам в качестве дополнительного компонента нужен только скандий. Мы считаем, что наше открытие может иметь более широкие последствия для повышения проводимости в широком спектре других материалов», — резюмируют исследователи.