Các kỹ sư phát triển một loại pin nước có thể sạc lại với cực dương kim loại magiê

Các kỹ sư phát triển một loại pin nước có thể sạc lại với cực dương kim loại magiê

    Các kỹ sư phát triển một loại pin nước có thể sạc lại với cực dương kim loại magiê
    của Đại học Hồng Kông

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries
    Sơ đồ cấu trúc của pin kim loại Mg trong nước do nhóm nghiên cứu phát triển. Nguồn ảnh: Đại học Hồng Kông


    Mặc dù được sử dụng phổ biến ngày nay, pin lithium-ion có nhược điểm là độc hại và đắt tiền, cùng với đó là sự phức tạp thêm của việc thiếu hụt nguồn cung kim loại trên toàn cầu. Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm kiếm các giải pháp thay thế thân thiện hơn với môi trường, an toàn hơn và chi phí thấp hơn.

    Một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Dennis Leung từ Khoa Cơ khí tại Đại học Hồng Kông (HKU) đứng đầu đã phát hiện ra một khả năng mới - một loại pin nước có thể sạc lại với cực dương kim loại magiê. Sự đổi mới này mở ra một hướng mới cho sự phát triển của pin sau lithium-ion.

    Phát hiện của nhóm, được công bố trên ACS Energy Letters trong một bài báo có tiêu đề "Tính năng đảo ngược của pin kim loại nước Mg cao áp, được điều chỉnh bằng Cl được kích hoạt bởi chất điện phân nước trong muối", tập trung sự chú ý vào magiê nước có thể sạc lại được. (Mg) pin kim loại.

    Giáo sư Leung cho biết: “Với công suất lý thuyết cao và thế điện hóa âm, magiê là vật liệu cực dương hấp dẫn. "Magiê cũng không độc và có nhiều trong đất."

    Mg chiếm hơn 2% vỏ Trái đất và dồi dào hơn gấp 1.000 lần so với liti. Kim loại Mg từ lâu đã được coi là khó sử dụng trong pin vì khả năng phản ứng cao của chúng. Mg bị thụ động hóa khi tiếp xúc với hơi ẩm, tạo thành một màng oxy hóa không thấm nước ngăn chặn các phản ứng oxy hóa khử. Hầu hết các nhà nghiên cứu nghiên cứu pin Mg với chất điện phân hữu cơ không chứa nước, nhưng chúng thường đắt tiền, không ổn định và dẫn điện kém.

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries
    Sơ đồ cấu trúc của pin Mg nước do nhóm nghiên cứu phát triển. Tín dụng: Đại học Hồng Kông
    Giáo sư Leung khẳng định rằng chất điện giải dạng nước cung cấp một giải pháp an toàn và chi phí thấp, bất chấp thách thức đặt ra bởi tính nhạy cảm của magiê với độ ẩm. "Nó sẽ trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho pin giá rẻ và bền vững nếu chúng ta có thể khai phá tiềm năng của pin Mg dạng nước."

    Và đó là những gì nhóm của anh ấy đã khám phá ra. Họ phát hiện ra rằng trái với quan niệm truyền thống, khả năng sạc lại có thể đạt được trong hệ thống pin Mg trong nước. Màng thụ động Mg có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng chất điện phân "nước trong muối" gốc clorua.

    Chất điện phân "nước trong muối" là một hỗn hợp siêu bão hòa trong đó khối lượng của chất tan lớn hơn khối lượng của dung môi. Tiến sĩ Wending Pan, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ từ Khoa Cơ khí, người chuyên nghiên cứu về nước, giải thích: “Sự sẵn có hạn chế của nước tự do trong máy điện giải nước-muối hạn chế sự phân hủy nước và giải quyết nguyên nhân chính của sự thụ động. chất điện phân trong muối.

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries
    Hiệu suất điện hoá của pin kim loại Mg trong nước. Ảnh: Đại học Hồng Kông

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries


    ​​​​​Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries

    Breakthrough by HKU Engineering researchers in post lithium-ion batteries
    Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng sự hấp phụ của các ion clorua có thể bảo vệ bề mặt Mg bằng cách hòa tan một phần các oxit và để lộ kim loại tự nhiên cho các phản ứng oxy hóa khử. Với lượng nước tự do hạn chế, chất điện phân nước trong muối gốc clorua chống lại sự thụ động magiê thành công.

    Tiến sĩ cho biết: “Sử dụng chất điện phân nước trong muối mới, màng thụ động ban đầu có thể được chuyển đổi thành một lớp oxit kim loại dẫn điện, cung cấp các đường dẫn ion cho hoạt động của pin sạc lại được”. sinh viên Kee Wah Leong, người đã nghiên cứu chi tiết bề mặt của cực dương magiê.

    Pin kết quả cho thấy khả năng sạc lại tuyệt vời trong hơn 700 chu kỳ ổn định với mức phóng điện cao 2,4–2,0 V, vượt quá điện áp tế bào của các loại pin ion đa hóa trị khác, bao gồm pin kim loại Zn và pin kim loại Al. Mặc dù điện áp vẫn chưa thể so sánh với pin lithium-ion thương mại, nhưng hiệu suất của nó có thể được thúc đẩy bằng cách phát triển thêm.

    Giáo sư Leung cho biết: “Pin đóng vai trò là một bằng chứng về khái niệm và lần đầu tiên chứng minh khả năng chu kỳ lâu dài của pin kim loại Mg trong nước”.

    Zalo
    Hotline