Record mondiale per i conduttori agli ioni di litio
Nuovo materiale per batterie allo stato solido
Le batterie allo stato solido sono considerate una tecnologia importante per il futuro: possono immagazzinare più energia e non sono fatte di materiali infiammabili come le batterie al litio attualmente in uso. I ricercatori della TUM e della TUMint.Energy Research GmbH hanno compiuto un passo importante verso il miglioramento delle batterie allo stato solido. Hanno sviluppato un nuovo materiale composto da litio, antimonio e scandio che conduce gli ioni di litio più velocemente del 30% rispetto a tutti i materiali precedentemente conosciuti.
Il team guidato dal Prof. Thomas F. Fässler della Cattedra di Chimica Inorganica, con particolare attenzione ai nuovi materiali, ha sostituito parte del litio nel composto di antimoniuro di litio con il metallo scandio. In questo modo si creano delle lacune specifiche, le cosiddette "vacancies", nel reticolo cristallino del materiale conduttore. Queste lacune aiutano gli ioni di litio a muoversi più facilmente e più velocemente e hanno reso possibile il nuovo record mondiale.
Poiché il valore è significativamente più alto di quello dei materiali conosciuti, per confermare il risultato si sono rivolti alla cattedra di elettrochimica tecnica guidata dal Prof. Hubert Gasteiger presso la TUM. Il coautore Tobias Kutsch, che ha effettuato gli ulteriori test, ha commentato: "Poiché il materiale conduce anche l'elettricità, si è trattato di una sfida particolare e abbiamo dovuto adattare i nostri metodi di misurazione di conseguenza".
Fässler vede un grande potenziale per il nuovo materiale: "Il nostro risultato rappresenta attualmente un significativo progresso nella ricerca di base. Incorporando piccole quantità di scandio, abbiamo scoperto un nuovo principio che potrebbe rivelarsi innovativo per altre combinazioni di elementi. Sono ancora necessari molti test prima di poterlo utilizzare in una cella di batteria. Siamo fiduciosi perché i materiali che possono condurre sia ioni che elettroni sono particolarmente adatti come additivi negli elettrodi. Poiché questo potrebbe portare a promettenti applicazioni pratiche, abbiamo già richiesto un brevetto per il nostro sviluppo". Oltre alla maggiore velocità, il materiale offre anche stabilità termica ed è facile da produrre utilizzando processi chimici collaudati.
Con il loro lavoro, i ricercatori hanno addirittura scoperto una classe di sostanze completamente nuova, come sottolinea il primo autore Jingwen Jiang, ricercatore presso la TUMint.Energy Research GmbH: "La nostra combinazione consiste in antimonio di litio e può essere facilmente trasferita al fosforo di litio". Mentre il precedente detentore del record si basava sul litio-solfuro e richiedeva cinque elementi aggiuntivi per l'ottimizzazione, a noi basta lo scandio come componente aggiuntivo. Riteniamo che la nostra scoperta possa avere un significato al di là di questo esempio per aumentare la conduttività di altre sostanze".
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Pubblicazione originale
Jingwen Jiang, Tobias Kutsch, Wilhelm Klein, Manuel Botta, Anatoliy Senyshyn, Robert J. Spranger, Volodymyr Baran, Leo van Wüllen, Hubert A. Gasteiger, Thomas F. Fässler; "Scandium Induced Structural Disorder and Vacancy Engineering in Li3Sb – Superior Ionic Conductivity in Li3−3xScxSb"; Advanced Energy Materials, 2025-4-28
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