Recorde mundial para condutores de iões de lítio
Novo material para baterias de estado sólido
As baterias de estado sólido são consideradas uma tecnologia importante para o futuro: podem armazenar mais energia e não são feitas de materiais inflamáveis como as baterias de lítio atualmente em uso. Os investigadores da TUM e da TUMint.Energy Research GmbH deram agora um passo importante para melhorar as baterias de estado sólido. Desenvolveram um novo material feito de lítio, antimónio e escândio que conduz os iões de lítio mais de 30% mais rapidamente do que todos os materiais anteriormente conhecidos.
A equipa liderada pelo Prof. Thomas F. Fässler, da Cátedra de Química Inorgânica, centrada em novos materiais, substituiu parte do lítio do composto de antimoneto de lítio pelo metal escândio. Isto cria lacunas específicas, as chamadas vacâncias, na estrutura cristalina do material condutor. Estas lacunas ajudam os iões de lítio a moverem-se mais facilmente e mais rapidamente e tornaram possível o novo recorde mundial.
Como o valor é significativamente superior ao dos materiais conhecidos, os investigadores recorreram à Cátedra de Eletroquímica Técnica liderada pelo Prof. Hubert Gasteiger da TUM para confirmar o resultado. O coautor Tobias Kutsch, que realizou os testes adicionais, comentou: "Como o material também conduz eletricidade, este foi um desafio particular e tivemos de adaptar os nossos métodos de medição em conformidade".
Fässler vê um grande potencial para o novo material: "O nosso resultado representa atualmente um avanço significativo na investigação básica. Ao incorporar pequenas quantidades de escândio, descobrimos um novo princípio que pode vir a ser inovador para outras combinações de elementos. Ainda são necessários muitos testes antes de poder ser utilizado numa célula de bateria. Estamos confiantes porque os materiais que podem conduzir tanto iões como electrões são particularmente adequados como aditivos em eléctrodos. Como isto pode resultar em aplicações práticas promissoras, já solicitámos uma patente para o nosso desenvolvimento". Para além da maior velocidade, o material também oferece estabilidade térmica e é fácil de produzir utilizando processos químicos comprovados.
Os investigadores descobriram mesmo uma classe de substâncias completamente nova com o seu trabalho, como salienta o primeiro autor Jingwen Jiang, investigador da TUMint.Energy Research GmbH: "A nossa combinação consiste em lítio antimónio e pode também ser facilmente transferida para lítio fósforo. Enquanto o recordista anterior se baseava no lítio-enxofre e necessitava de cinco elementos adicionais para a otimização, nós apenas necessitamos de escândio como componente adicional. Assumimos que a nossa descoberta pode ter significado para além deste exemplo, aumentando a condutividade de outras substâncias".
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Publicação original
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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