日本东北大学于12月8日宣布，其研究团队成功解析了代表性酸氧化物固体电解质“氧化铈”在900℃以下低温烧结的条件与核心机制。该成果由工学院石井暁大助教与高村仁教授领衔，相关已于国际无机材料权威期刊《Acta Materialia》。
在能源领域，基于酸氧化物陶瓷的全固态电池、燃料电池及制氢单元虽具备高效率优势，但长期受制于制造工艺瓶颈。传统工艺需将陶瓷电解质在约1500℃的高温下烧结，不仅能耗巨大且耗时漫长，导致产品难以大规模普及。尽管业界尝试结合3D打印与激光烧结等增材制造技术以提升效率，但高温烧结导致的密度不足及热应力开裂问题，始终阻碍着技术落地。
针对低温化难题，学界虽已知微量锂添加可辅助氧化铈烧结，但不同团队得出的结论往往相左，其具体作用条件与机理长期成谜。东北大学团队对此展开深入攻关，通过精密分析锂掺杂氧化铈的组分与微观结构，发现其中含有硅与铝元素，且锂、硅、铝三者共同富集于氧化铈颗粒的晶界处。
进一步的热力学模拟揭示，这种锂-硅-铝（Li-Si-Al）系氧化物具有约855℃的极低熔点，其性质接近金属。研究证实，正是这种低熔点氧化物在烧结过程中形成的液相，起到了关键的“助熔”作用，从而实现了氧化铈在900℃以下的致密化烧结。团队推测，此前不同研究结果差异的原因，在于热处理过程中耐火材料容器意外引入的铝含量不同所致。
这一突破性发现不仅为利用3D打印技术快速制造燃料电池、制氢单元及全固态电池提供了理论基石，更预示着Li-Si-Al系氧化物液相技术有望推广至其他难烧结酸氧化物的低温加工领域，具有广泛的产业应用前景。对于中国能源材料行业而言，掌握此类低温液相烧结机制，将有助于突破固态电池制造中的能耗与良率瓶颈，加速下一代高效储能技术的国产化进程。