科技日报记者 魏依晨 通讯员 舒越
近日，南昌航空大学动力与能源学院（绿色通用航空动力江西省重点实验室）教师刘智勇、孙海俊牵头，联合西安理工大学、西北工业大学研究人员在钙钛矿离子导体领域取得突破。团队创新性地通过精准调控NaNbO3基陶瓷的A位非化学计量比，诱导形成“缺陷类型—氧八面体畸变—离子通道”的动态适配体系，成功构建兼具可调离子和定向离子高传导性的新型陶瓷，其核心机理突破为固态电池离子传导材料研发提供了全新范式。该研究成果发表于《自然·通讯》。
航空发动机高温传感、航天器燃料电池等核心组件，要求器件在宽温域、强振动环境下，实现特定离子的定向高效传输，而传统钙钛矿型离子导体的传导机理存在固有局限：晶格结构的刚性特征导致离子通道尺寸固定，无法适配不同离子的迁移需求；单一缺陷调控模式难以破解“离子迁移率”与“结构稳定性”的制衡关系，最终形成固态电池离子传导材料的机理层面关键难题。
研究团队依托能源动力领域的理论积累，借助XRD精修、高分辨TEM表征与阻抗谱分析等技术手段，揭示了钙钛矿NaNbO3基陶瓷离子传导的核心调控机理：钠元素含量的动态变化成为晶格缺陷类型转变的“触发因子”，当钠含量低于化学计量比时，晶格中形成钠空位缺陷，驱动NbO6氧八面体发生压缩畸变，使得氧离子迁移路径的晶格阻力降低；当钠含量高于化学计量比时，间隙钠原子的引入诱导NbO6氧八面体呈现倾斜扁平化特征，Na-O-Na与Na-O-Nb网络的间隙尺寸被精准调控，为钠离子迁移构建出低阻碍通道。这种“缺陷类型决定晶格构型，晶格构型适配离子传导”的机理逻辑，实现了氧离子与钠离子传导路径的按需设计，从根本上破解了传统固态电解质单一离子传导的机理瓶颈。同时，Pbma正交相结构在宽温域范围内保持热力学稳定，避免了极端温度循环下的相变开裂，适配航空发动机的高温工作环境与深空探测器的温差变化场景，契合未来航空航天能源动力的发展需求。
（南昌航空大学供图）
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