近期,慕尼黑工业大学(TUM)的研究团队宣布成功开发出一种由锂、锑、钪组成的新型固态电解质材料,其锂离子传导速度较现有材料提升30%以上。这一成果不仅突破了固态电池长期存在的离子传导效率瓶颈,更凭借其独特的材料设计与商业化潜力,为下一代高能量密度、高安全性电池的产业化注入强心剂。
传统固态电解质依赖复杂的晶格结构或聚合物链段实现锂离子传输,但离子迁移阻力大、效率低的问题始终难以突破。
TUM团队另辟蹊径,选择锂锑化合物(Li₃Sb)作为基础框架,通过将部分锂原子替换为钪金属(Sc),在晶体结构中人为制造出“空位通道”。
这种原子级的结构调控使锂离子得以在三维贯通的空位网络中自由穿梭,阻力大幅降低,传导速率显著提升。
研究团队负责人、TUM无机化学系托马斯·F·法斯勒教授指出:“钪元素的引入不仅创造了空位,更意外地诱导了晶格的结构无序化,这种双重效应叠加是提升传导效率的关键。”
相较于传统材料需要多种元素协同优化(如锂-硫体系需5种以上添加剂),新材料的制备仅需单一钪元素,大幅简化了工艺流程。相关成果已发表于《先进能源材料》期刊,并申请专利保护。
新材料的突破性不仅体现在传导效率的跃升,更在于其综合性能的全面适配:
热稳定性卓越:固态电池因采用不可燃电解质而具备天然安全性,而新材料在高温下的结构稳定性进一步降低了热失控风险,这对电动汽车等高负荷场景至关重要。
兼容现有工艺:该材料可通过成熟的湿化学法合成,无需改造现有产线,显著降低了规模化生产成本。
多功能应用潜力:其兼具离子与电子传导特性,可作为电极添加剂优化界面反应动力学,或直接作为固态电解质层使用。
研究团队已在实验室中验证了材料的循环稳定性与倍率性能,下一步将与产业界合作推进电池原型开发。
固态电池被公认为下一代储能技术的核心方向,但其商业化进程长期受限于电解质性能不足与高昂成本。TUM的突破或将从三方面改写行业格局:
技术路径多元化:当前主流固态电解质(如硫化物、氧化物)因脆性高、界面阻抗大等问题进展缓慢,而锂-锑-钪体系的出现为行业提供了全新选择。
产业链协同机遇:钪作为稀土元素,其需求增长将刺激上游矿产开发与提纯技术创新;同时,该材料与硅碳负极的适配性(如热膨胀系数匹配)可能推动“固态电池+硅碳负极”的垂直整合生态。
成本下降拐点:据测算,新材料量产后可使固态电池成本降低约20%,叠加传导效率提升带来的能量密度优化,有望在2028年前实现与液态锂电池的成本平价。