Bảo vệ cực dương kim loại lithium để kích hoạt pin Li-S thực tế có chu kỳ dài

Bảo vệ cực dương kim loại lithium để kích hoạt pin Li-S thực tế có chu kỳ dài

    Bảo vệ cực dương kim loại lithium để kích hoạt pin Li-S thực tế có chu kỳ dài
    bởi Nhà xuất bản Học viện Công nghệ Bắc Kinh

    Protecting lithium metal anode to enable long cycling practical Li–S batteries


    Các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Bắc Kinh đã tóm tắt các chiến lược bảo vệ cực dương kim loại Li trong pin Li-S. Ảnh: Jia-Qi Huang, Viện Công nghệ Bắc Kinh


    Trong quá trình xây dựng pin lưu huỳnh lithium (Li-S) thực tế có chu kỳ dài, việc bảo vệ cực dương kim loại Li là trọng tâm chính. Việc bảo vệ cực dương kim loại Li trong pin Li-S đang hoạt động đang được chú ý nhanh chóng, với sự cải thiện đáng kể về hiệu suất của pin trong những năm gần đây. Xem xét tầm quan trọng và tiến bộ lớn của lĩnh vực này, cần phải xem xét kịp thời để tóm tắt sự hiểu biết hiện tại. Những tiến bộ gần đây về bảo vệ cực dương kim loại Li trong pin Li-S đã được trình bày bởi Jia-Qi Huang thuộc Viện Công nghệ Bắc Kinh và nhóm nghiên cứu của ông.

    Họ đã xuất bản tác phẩm của mình vào ngày 10 tháng 1 trên tạp chí Energy Material Advances.

    "Từ góc độ thách thức mà cực dương kim loại Li trong pin Li-S phải đối mặt, chúng tôi đã đề xuất ba chiến lược bảo vệ nói chung." Hoàng nói. "Chiến lược đầu tiên là hướng dẫn mạ/tước Li đồng nhất, chiến lược thứ hai là giảm nồng độ polysulfide trong anolyte và chiến lược thứ ba là giảm hoạt động phản ứng polysulfide với cực dương kim loại Li."

    Để hướng dẫn quá trình mạ/tước cực dương kim loại Li đồng nhất, ba chiến lược đã được đưa ra liên quan đến việc xây dựng cực dương kim loại Li tổng hợp, giới thiệu xen kẽ chất điện phân rắn nhân tạo mạnh mẽ và giới thiệu các chất phụ gia điện phân. Để giảm nồng độ polysulfua trong anolyte, hai chiến lược chính đã được đưa ra là giảm cấp ức chế sự khuếch tán của polysulfua lithium ra khỏi catholyte và giảm độ hòa tan của polysulfua lithium trong chất điện phân. Để giảm hoạt động phản ứng polysulfide với cực dương kim loại Li, hai chiến lược đã được đưa ra thông qua việc đóng gói polysulfide lithium và giảm khả năng tự hoạt động của kim loại Li bằng hợp kim dựa trên Li hoặc xây dựng một xen kẽ che chắn.

    Huang, tác giả nghiên cứu và là giáo sư của Viện Nghiên cứu Tiên tiến về Khoa học Đa ngành, Viện Công nghệ Bắc Kinh, cho biết: "Các công nghệ lưu trữ năng lượng được đại diện bởi pin sạc được coi là một phần không thể thiếu của hệ thống năng lượng hiện đại dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo nhưng không liên tục". "Các hệ thống pin tiên tiến có mật độ năng lượng cao có tầm quan trọng rất lớn để lấp đầy khoảng trống cho các ứng dụng trong tương lai."

    Protecting lithium metal anode to enable long cycling practical Li-S batteries


    Những thách thức của cực dương kim loại Li trong pin Li-S. Cả hai phản ứng tước/mạ Li không đồng nhất và phản ứng ăn mòn với polysulfua lithium đều dẫn đến sự mất ổn định cực dương của pin Li–S. Những tiến bộ về Vật liệu Năng lượng (2023). DOI: 10.34133/energymatadv.0010


    Huang và nhóm nghiên cứu của ông đã tập trung vào pin Li-S, loại pin này có mật độ năng lượng lý thuyết cao là 2600 Wh kg−1 và được nhiều người coi là một trong những công nghệ pin thế hệ tiếp theo hứa hẹn nhất.

    Huang cho biết: “Pin Li-S sử dụng lưu huỳnh nguyên tố làm vật liệu hoạt động cực âm, kim loại Li làm cực dương và chất điện phân dựa trên ether để vận chuyển ion và chuyển đổi các loại lưu huỳnh. "Ngày nay, hiệu suất điện hóa của cực âm lưu huỳnh đã đạt được sự thúc đẩy lớn. Công suất riêng phóng điện cao và chu kỳ ổn định của cực âm lưu huỳnh có thể đạt được trong điều kiện tải cao."

    Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của pin Li-S bị cản trở bởi tính ổn định khi đạp xe kém. Theo Huang, kim loại Li là nút cổ chai hạn chế tuổi thọ chu kỳ của pin Li-S thực tế. Trong điều kiện làm việc thực tế, cực âm lưu huỳnh có công suất diện tích cao và lượng dư cực dương hạn chế làm trầm trọng thêm quá trình tước và mạ Li không đồng đều để tạo ra các sợi nhánh Li lớn và Li không hoạt động, dẫn đến cực dương kim loại Li bị hỏng nhanh chóng. Ngoài ra, các polysulfua lithium bậc cao hòa tan được tạo ra từ phía cực âm khuếch tán sang phía cực dương của Li và phản ứng hóa học với kim loại Li, dẫn đến giảm hiệu suất Coulomb, ăn mòn kim loại Li nghiêm trọng và cạn kiệt Li hoạt động cũng như làm trầm trọng thêm của sự không đồng đều của cực dương Li.

    Huang cho biết: “Mặc dù độ ổn định của cực dương kim loại Li trong pin Li-S đã được cải thiện đáng kể, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước trước khi ứng dụng pin thực tế. "Tập trung vào những thách thức chính và các chiến lược bảo vệ hiện tại, người ta tin rằng tiến bộ thiết yếu sẽ đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu này và ứng dụng thực tế của pin Li-S tiên tiến sẽ được hiện thực hóa trong tương lai gần."

    Để truyền cảm hứng cho nghiên cứu và phát triển trong tương lai về việc xây dựng cực dương kim loại Li tiên tiến cho pin Li-S, Huang và nhóm của ông cũng chỉ ra rằng các chiến lược bảo vệ được đề xuất hiện tại nên được thử nghiệm trong pin Li-S thực tế trong điều kiện làm việc mà cực dương kim loại Li/ hành vi giao thoa của chất điện phân phải được hiểu rõ hơn và sự cân bằng của cả hiệu suất của cực âm lưu huỳnh và cực dương kim loại Li là cần thiết để xem xét.

    Zalo
    Hotline