Bằng cách phát triển các tinh thể lithium đồng nhất, các kỹ sư tiến tới pin lithium-metal sạc nhanh

Bằng cách phát triển các tinh thể lithium đồng nhất, các kỹ sư tiến tới pin lithium-metal sạc nhanh

    Bằng cách phát triển các tinh thể lithium đồng nhất, các kỹ sư tiến tới pin lithium-metal sạc nhanh
    bởi Đại học California - San Diego

    Progress toward fast-charging lithium-metal batteries
    Hình ảnh Cryo-TEM của một tinh thể đơn kim loại lithium được gieo trên một bề mặt nanocompozit lithiophoboic đáng ngạc nhiên làm từ lithium florua và sắt. Tinh thể lithium có hình dạng lưỡng cực hình lục giác. Ảnh: Chunyang Wang và Huolin Xin / UC Irvine


    Trong một nghiên cứu Năng lượng Nature mới, các kỹ sư báo cáo tiến độ đối với pin kim loại lithium sạc nhanh—chỉ trong vòng một giờ. Khả năng sạc nhanh này là nhờ các tinh thể kim loại lithium có thể được gieo và phát triển—một cách nhanh chóng và đồng đều—trên một bề mặt đáng kinh ngạc. Bí quyết là sử dụng một bề mặt phát triển tinh thể mà lithium chính thức không "thích". Từ những mầm tinh thể này phát triển thành những lớp kim loại liti đồng nhất dày đặc. Các lớp kim loại lithium đồng nhất rất được các nhà nghiên cứu về pin quan tâm vì chúng không có các gai làm suy giảm hiệu suất của pin được gọi là đuôi gai. Sự hình thành của các đuôi gai này trong cực dương của pin là rào cản lâu dài đối với pin lithium-metal cực kỳ đậm đặc năng lượng sạc nhanh.

    Phương pháp mới này, do các kỹ sư của Đại học California San Diego dẫn đầu, cho phép sạc pin lithium-metal trong khoảng một giờ, tốc độ có thể cạnh tranh với pin lithium-ion ngày nay. Các kỹ sư của UC San Diego, phối hợp với các nhà nghiên cứu hình ảnh của UC Irvine, đã công bố tiến bộ này nhằm phát triển pin kim loại lithium sạc nhanh vào ngày 9 tháng 2 năm 2023, trong Nature Energy.

    Để phát triển các tinh thể kim loại liti, các nhà nghiên cứu đã thay thế các bề mặt đồng phổ biến ở cực âm (cực dương) của pin kim loại liti bằng một bề mặt vật liệu tổng hợp nano kỵ nước làm từ liti florua (LiF) và sắt (Fe). Sử dụng bề mặt kỵ nước này để lắng đọng lithium, các hạt tinh thể lithium được hình thành và từ những hạt này phát triển các lớp lithium dày đặc—ngay cả ở tốc độ sạc cao. Kết quả là pin lithium-metal có vòng đời dài và có thể sạc nhanh.

    “Bề mặt nanocompozit đặc biệt là một khám phá,” giáo sư kỹ thuật nano Ping Liu của UC San Diego, tác giả chính của bài báo mới cho biết. "Chúng tôi thách thức quan niệm truyền thống về loại bề mặt cần thiết để phát triển các tinh thể liti. Quan điểm phổ biến là liti phát triển tốt hơn trên các bề mặt mà nó thích, các bề mặt có tính lithiophilic. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ ra rằng điều đó không phải lúc nào cũng đúng. chất nền mà chúng tôi sử dụng không giống như liti. Tuy nhiên, nó cung cấp nhiều vị trí tạo mầm cùng với sự di chuyển của liti trên bề mặt nhanh. Hai yếu tố này dẫn đến sự phát triển của những tinh thể tuyệt đẹp này. Đây là một ví dụ điển hình về hiểu biết khoa học để giải quyết một vấn đề kỹ thuật."


    Trong hình ảnh SEM này, các tinh thể kim loại liti lớn, đồng nhất phát triển trên một bề mặt gây ngạc nhiên vì nó không "thích" liti. Các nhà nghiên cứu về pin của UC San Diego đã phát hiện ra rằng các tinh thể kim loại lithium có thể được bắt đầu (tạo nhân) và phát triển nhanh chóng và đồng đều thành các lớp kim loại lithium dày đặc không có đuôi gai làm suy giảm hiệu suất. Tín dụng: Zhaohui Wu và Zeyu Hui / UC San Diego
    Bước tiến mới do các kỹ sư nano của UC San Diego dẫn đầu có thể loại bỏ rào cản đáng kể đang cản trở việc sử dụng rộng rãi pin kim loại lithium đậm đặc năng lượng cho các ứng dụng như xe điện (EV) và thiết bị điện tử cầm tay. Mặc dù pin lithium-metal có tiềm năng lớn cho xe điện và thiết bị điện tử cầm tay do mật độ sạc cao, nhưng pin lithium-metal ngày nay phải được sạc cực chậm để duy trì hiệu suất của pin và tránh các vấn đề về an toàn.

    Việc sạc chậm là cần thiết để giảm thiểu sự hình thành các đuôi gai lithium phá hủy hiệu suất pin hình thành khi các ion lithium kết hợp với các electron để tạo thành các tinh thể lithium ở phía cực dương của pin. Các tinh thể lithi tích tụ khi pin sạc và các tinh thể lithi tan ra khi pin xả.

    Zalo
    Hotline