Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Mở rộng giới hạn của pin Li-ion: Điện cực cho pin thể rắn (21/08/2018)

Các nhà khoa học đã giải quyết được một trong những nhược điểm chính của pin thể rắn bằng cách phát triển các pin có điện trở suất thấp ở điện cực. Pin được chế tạo cho thấy các tính chất điện hóa tuyệt vời vượt trội so với các pin Li-ion truyền thống và phổ biến, thể hiện tiềm năng của pin thể rắn trong việc cách mạng hóa các thiết bị điện tử cầm tay.

Pin được làm bằng cách xếp chồng các lớp khác nhau thông qua phương pháp lắng đọng màng mỏng. Mặt tiếp xúc LNMO / Li3PO4 cho thấy sự di chuyển tự nhiên của các ion Li có hệ số kháng thấp chưa từng thấy.Ảnh: ACS Applied Materials & Interfaces.

Nhiều người tiêu dùng đã quen thuộc với pin lithium ion có thể sạc lại, loại pin đã phát triển trong vài thập kỷ qua, và hiện nay đang rất phổ biến trong tất cả các loại thiết bị điện tử. Mặc dù sử dụng rộng rãi, các nhà khoa học và kỹ sư tin rằng công nghệ pin Li-ion truyền thống đã gần hết tiềm năng và các loại pin mới là cần thiết.

Pin thể rắn là một loại pin Li-ion mới, và được chứng minh là thiết bị lưu trữ năng lượng an toàn hơn và ổn định hơn với mật độ năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng pin như vậy bị giới hạn do một bất lợi lớn: điện trở của chúng ở điện cực quá cao, cản trở việc sạc và xả nhanh.

Các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Tokyo và Đại học Tohoku, dẫn đầu bởi Giáo sư Taro Hitosugi, chế tạo pin thể rắn với điện trở ở các cực thấp sử dụng Li (Ni0.5Mn1.5) O4 (LNMO), bằng cách chế tạo và đo đạc pin dưới điều kiện chân không, để đảm bảo rằng các điện cực không có tạp chất.

Sau khi chế tạo, các tính chất điện hóa của các pin này được đặc trưng để làm sáng tỏ sự phân bố Li-ion xung quanh điện cực. Sự nhiễu xạ tia X và quang phổ Raman được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể của màng mỏng bao quanh pin. Sự di chuyển tự phát của các ion Li đã được tìm thấy xảy ra từ lớp Li3PO4 đến lớp LNMO, chuyển đổi một nửa LNMO thành L2NMO tại điện cực Li3PO4 / LNMO. Việc di chuyển ngược lại xảy ra trong quá trình sạc ban đầu để tái tạo LNMO.

Điện trở của điện cực này, được xác minh bằng quang phổ trở kháng điện hóa, là 7,6 Ω cm², nhỏ hơn rất nhiều so với pin thể rắn sử dụng LMNO trước đó và thậm chí nhỏ hơn pin Li-ion điện phân lỏng sử dụng LNMO. Loại pin mới này cũng cho thấy khả năng sạc nhanh và xả, hay là sạc / xả một nửa dung lượng pin chỉ trong vòng một giây. Hơn nữa pin cho thấy không có sự xuống cấp trong hiệu suất ngay cả sau 100 chu kỳ sạc / xả. 

Li (Ni0.5Mn1.5) O4 là vật liệu hứa hẹn để tăng mật độ năng lượng của pin, bởi vì vật liệu cung cấp điện áp cao hơn. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng những kết quả này sẽ tạo thuận lợi cho việc phát triển các loại pin thể rắn có hiệu năng cao, có thể cách mạng hóa các thiết bị điện tử cầm tay hiện đại và xe điện.

Nguồn: Đ.T.N (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 17/8/2018