Vikakemia avaa nopean ionikuljetuksen26.08.2026
Litiumtitanaatti (LTO, Li4Ti5O12) on tunnettu akkumateriaali, joka alkuperäisessä tilassaan johtaa huonosti litiumioneja. Se kehittää korkean ionijohtavuuden vasta latauksen aikana, kun materiaaliin liittyy lisää litiumioneja ja elektroneja. Bernhard Gadermaier ja Martin Wilkening TU Grazin materiaalikemian ja -teknologian laitokselta ovat nyt ottaneet täysin erilaisen lähestymistavan: he muuttivat puhtaan, litiumpitoisen LTO:n alkuperäisessä koostumuksessaan, Li4Ti5O12:sta, huomattavasti paremmaksi ionijohteeksi lisäämällä tarkoituksella virheitä kidehilaan. Tarkemmin sanottuna he poistivat yksittäisiä happiatomeja, mikä loi happivakansseja, jotka aktivoivat aiemmin tukkeutuneen litiumionien migraatioreitin. " Tämä diffuusioreitti on jo valmiiksi muodostunut LTO-rakenteessa, mutta se aktivoituu vasta virherakenteen vaikutuksesta", Wilkening selittää. LTO:n virheiden luomiseksi Gadermaier ja Wilkening lämmittivät litiumtitanaattia ”Tuloksena olevat happivakanssit vaikuttavat suoraan litiumkationien liikkuvuuteen ja muuttavat alun perin heikon ionijohteen huomattavasti paremmaksi. LTO:n esimerkki havainnollistaa selvästi atomitason virherakenteiden valtavaa vaikutusta materiaalin makroskooppisiin ominaisuuksiin.” ”Kokeellinen tutkimuksemme osoittaa, että kiinteän aineen ominaisuuksia eivät määrää pelkästään sen kemiallinen koostumus, vaan merkittävässä määrin myös sen paikallinen vikarakenne ja lämpöhistoria”, sanoo Martin Wilkening. ”Osoitamme, kuinka pienten litiumkationien liikkuvuutta voidaan hallita tarkasti käyttämällä anionisen vikakemian klassisia käsitteitä.” ”Tämä työ on myös erinomainen esimerkki siitä, miten tieteellisen uteliaisuuden ohjaama perustutkimus ilman välitöntä sovellusta voi johtaa täysin uusiin materiaalitoimintoihin”, Wilkening sanoo. ”Ionijohtavuuden kohdennettu hallinta vikakemian avulla avaa tulevaisuuden näkymiä iontronisille, memristiivisille ja neuromorfisille laitteille mikro- ja nanoelektroniikassa.” Aiheesta aiemmin: Molekulaarinen korjaus natriumioniakkujen heikoimpaan lenkkiin |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
TU Grazin tutkijat ovat osoittaneet, että tarkoituksella aiheutetut kidehilan virheet voivat aktivoida aiemmin tukkeutuneen litiumionien kuljetusreitin akkumateriaali litiumtitanaatissa.