Thứ sáu, 29/03/2024 02:28 (GMT+7)

Giải pháp kéo dài tuổi thọ của pin lithium-ion thể rắn

MTĐT -  Thứ tư, 06/04/2022 17:13 (GMT+7)

Theo dõi MTĐT trên

Trong hành trình tìm kiếm giải pháp tích trữ thêm năng lượng mà không làm tăng trọng lượng hay khối lượng thì pin thể rắn là một công nghệ đầy hứa hẹn.

Tại đó, chất điện phân dùng để vận chuyển điện tích giữa các điện cực là thể rắn thay vì thể lỏng như thông thường. Nó không chỉ cung cấp năng lượng nhiều gấp đôi so với pin cùng kích cỡ, mà còn loại bỏ gần hết các nguy cơ cháy nổ trong pin lithium-ion hiện nay.

GS. Bilge Yildiz ở Khoa Khoa học-Kỹ thuật hạt nhân tại Viện công nghệ Massachuset (MIT), cho biết, sở dĩ pin thể rắn chưa được thương mại hóa trên quy mô lớn vì hai vấn đề: thứ nhất, chất điện phân rắn có độ dẫn điện thấp hơn chất điện phân lỏng; và thứ hai, bề mặt tiếp xúc của chúng không ổn định. Trong khi vấn đề thứ nhất đã được giải quyết thì vấn đề thứ hai lại thách thức hơn. Đây chính là nút thắt mà nhóm nghiên cứu của GS. Yildiz muốn tìm cách xử lý.

Pin thể rắn là một công nghệ hứa hẹn của tương lai | Ảnh: medium
Pin thể rắn là một công nghệ hứa hẹn của tương lai | Ảnh: medium

Cô cho biết, sự bất ổn của bề mặt tiếp xúc có thể xảy ra trong cả quá trình sản xuất pin và hoạt động điện hóa của pin khi sử dụng. Hiện tại, nhóm nghiên cứu của cô mới tập trung vào khâu sản xuất, đặc biệt là tại giai đoạn thiêu kết (sintering), là khi các vật liệu pin được nung nóng để tạo nên mối liên kết giữa các lớp điện cực âm và chất điện phân làm từ hợp chất gốm. Sở dĩ cần có giai đoạn này vì nếu chỉ ép các lớp gốm lại với nhau thì giữa chúng vẫn có quá nhiều khoảng trống và tạo ra điện trở cao trên bề mặt. Quá trình thiêu kết, thường được thực hiện ở nhiệt độ từ 1.000 độ C trở lên đối với vật liệu gốm, để khiến các nguyên tử ở vật liệu này di chuyển vào vật liệu khác, tạo ra mối liên kết.

Kiểm nghiệm phương pháp xử lý mới đối với pin điện phân rắn. Bên trái là mẫu chất điện phân rắn bằng vật liệu LLPO. Ở giữa, mẫu chất điện phân cùng vật liệu đã qua thí nghiệm, được phủ thêm một lớp vật liệu của cực âm. Bên phải, mẫu chất điện phân cùng vật liệu được phủ một lớp vàng, dùng để đo lường tính chất điện của nó. Ảnh: Pjotrs Žguns
Kiểm nghiệm phương pháp xử lý mới đối với pin điện phân rắn. Từ trái qua phải, chất điện phân rắn ban đầu bằng vật liệu LLPO, chất điện phân đã qua thí nghiệm có thêm một lớp vật liệu của cực âm dính kết vào và chất điện phân đối chứng được phủ một lớp vàng để so sánh tính chất điện | Ảnh: Pjotrs Žguns/MIT

Phương pháp mới mà các nhà nghiên cứu khám phá ra chỉ đơn giản là loại bỏ bất kỳ CO2 nào có trong quá trình thiêu kết. Dựa trên các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu thấy, ở bất kì nhiệt độ nào trên vài trăm độ, mỗi khi xuất hiện CO2, dù là rất nhỏ (đo bằng vài phần triệu), thì các phản ứng bất lợi cũng sẽ diễn ra, làm tăng điện trở ở bề mặt tiếp xúc

Nếu thực hiện thiêu kết trong môi trường oxy tinh khiết ở nhiệt độ lên tới 700 độ C, các liên kết tạo ra sẽ có hiệu quả “sánh ngang với các lớp phủ bề mặt tốt nhất mà chúng ta đã thấy trong các tài liệu" và không hình thành nên những hợp chất bất lợi. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu theo dõi hiệu suất pin để biết những liên kết ở mặt phân cách có thể duy trì như thế nào trong suốt vòng đời pin.

GS. Yildiz nói rằng phát hiện mới của họ có khả năng áp dụng nhanh chóng vào quá trình sản xuất pin, vì những gì họ đề xuất là một quá trình tương đối đơn giản, không tốn thêm nhiều năng lượng khi chế tạo, và chi phí thêm [cho khâu thiêu kết] là không đáng kể.

Những lợi ích tiềm năng mà pin thể rắn đem lại khiến người ta nghĩ đến việc có thể dùng kim loại lithium tinh khiết để làm một điện cực. Nó sẽ nhẹ hơn nhiều so với các điện cực làm bằng than chì tẩm lithium như hiện nay.

Hiện nay, một số công ty lớn như Toyota đã trong quá trình thương mại hóa các phiên bản đầu tiên của pin lithium-ion thể rắn, và những phát hiện mới này có thể nhanh chóng giúp các công ty như vậy cải thiện tính kinh tế và độ bền của công nghệ.

Kết quả nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chíAdvanced Energy Materials.

Nguồn:

Toward batteries that pack twice as much energy per pound | MIT News | Massachusetts Institute of Technology

Younggyu Kim et al, Avoiding CO 2 Improves Thermal Stability at the Interface of Li7La3Zr2O12 Electrolyte with Layered Oxide Cathodes, Advanced Energy Materials (2022). DOI: 10.1002/aenm.202102741

Bạn đang đọc bài viết Giải pháp kéo dài tuổi thọ của pin lithium-ion thể rắn. Thông tin phản ánh, liên hệ đường dây nóng : 0912 345 014 Hoặc email: [email protected]

Theo khoahocphattrien.vn

Cùng chuyên mục

Giải bài toán rác thải ở Bắc Ninh
Theo kế hoạch từ 2024, Bắc Ninh cơ bản sẽ xử lý triệt để rác thải sinh hoạt phát sinh hàng ngày bằng các nhà máy đốt rác phát điện công nghệ hiện đại của thế giới.
Thú quý trở về và thông điệp xanh
Thời gian gần đây, ở các tỉnh: Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế và một số địa phương khác, người dân liên tiếp phát hiện nhiều loài động vật quý hiếm như voọc Hà Tĩnh, lửng lợn Đông Dương, mang Trường Sơn, gà lôi trắng, khỉ mốc, rùa sa nhân...

Tin mới

Ông Nguyễn Văn Minh làm Tổng Biên tập Báo Công Thương
Ngày 28/3, Bộ Công Thương tổ chức hội nghị công bố quyết định của Ban cán sự Đảng, Bộ trưởng Bộ Công Thương về việc bổ nhiệm ông Nguyễn Văn Minh - Phó Tổng Biên tập phụ trách giữ chức vụ Tổng Biên tập Báo Công Thương.