Các kỹ thuật đơn giản để định lượng lớp mạ Li và tăng tốc độ sạc pin Li-ion

Các kỹ thuật đơn giản để định lượng lớp mạ Li và tăng tốc độ sạc pin Li-ion

    Các kỹ thuật đơn giản để định lượng lớp mạ Li và tăng tốc độ sạc pin Li-ion
    bởi Ingrid Fadelli , Tech Xplore

    Simple techniques to quantify Li plating and speed up the charging of Li-ion batteries


    Hiệu suất Coloumbic trong chu kỳ hoạt động của pin giảm xuống ở trạng thái sạc (SoC) khoảng 40%, cho thấy sự tích tụ của lớp mạ Li không thể phục hồi. Ảnh: Konz và cộng sự


    Pin lithium-ion (LiB) là một trong những công nghệ pin sạc phổ biến nhất do mật độ năng lượng và hiệu suất cao của chúng. Mặc dù tính linh hoạt và các đặc điểm thuận lợi của chúng, những loại pin này thường yêu cầu thời gian cụ thể để sạc và việc tăng tốc thời gian sạc này cho đến nay vẫn là một thách thức.

    Lý do chính của việc này là trong quá trình sạc nhanh, lớp mạ lithium có thể hình thành trên cực dương than chì của pin, điều này có thể gây rủi ro về an toàn. Trên thực tế, phản ứng mạ lithium trên cực dương than chì, cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp, trong quá trình sạc quá mức hoặc sau khi pin hỏng hóc, có thể dẫn đến sự hình thành muối và kim loại lithium không tái chế, có thể bắt lửa gây cháy hoặc nổ pin.

    Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley gần đây đã thực hiện một nghiên cứu điều tra các cách tiềm năng để giảm thiểu những rủi ro này và cho phép tạo ra các LiB sạc nhanh an toàn. Bài báo của họ, được xuất bản trên Nature Energy, phác thảo một loạt các kỹ thuật đơn giản để định lượng lớp mạ Li không thể đảo ngược trên các cực dương than chì bên trong LiB.

    Zachary M. Konz, Brandan M. Wirtz và các đồng nghiệp của họ viết trong bài báo: “Chúng tôi chứng minh sức mạnh của các kỹ thuật đạp xe đơn giản, dễ tiếp cận và thông lượng cao để định lượng dữ liệu trải dài lớp mạ Li không thể đảo ngược từ hơn 200 ô”. "Đầu tiên, chúng tôi quan sát tác động của mật độ năng lượng, tốc độ sạc, nhiệt độ và trạng thái điện tích trên lớp mạ lithium, sử dụng kết quả để tinh chỉnh mô hình điện hóa dựa trên vật lý trưởng thành và cung cấp một phương trình thực nghiệm có thể diễn giải được để dự đoán trạng thái bắt đầu tích điện của lớp mạ. Chúng tôi sau đó khám phá khả năng đảo ngược của lớp mạ lithium và mối liên hệ của nó với thiết kế chất điện phân để ngăn chặn sự tích tụ Li không thể đảo ngược."

    Các thí nghiệm do Konz và các đồng nghiệp của ông thực hiện đã làm nổi bật giá trị của các kỹ thuật được đề xuất của họ để định lượng lớp mạ lithium trong các tế bào pin Li/Graphite và than chì/NMC. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật này, họ có thể thu thập thông tin chi tiết có giá trị về quy trình mạ trong các loại pin này, cũng như các cải tiến có thể cải thiện độ an toàn của chúng và có khả năng cho phép sạc nhanh.

    "Chúng tôi thiết kế một phương pháp để định lượng lớp mạ Li tại chỗ cho các tế bào than chì|LiNi0,5Mn0.3Co0.2O2 (NMC) có liên quan đến thương mại và so sánh với kết quả từ cấu hình Li|than chì thuận tiện về mặt thử nghiệm," Konz và các đồng nghiệp của ông giải thích trong bài báo của họ. "Các giả thuyết và dữ liệu phong phú ở đây được tạo ra chủ yếu bằng thiết bị phổ biến cho nhà nghiên cứu pin, khuyến khích phát triển hơn nữa các phương pháp thử nghiệm sáng tạo và xử lý dữ liệu cho phép kỹ thuật pin nhanh chóng."

    Công trình gần đây của nhóm các nhà nghiên cứu này góp phần vào những nỗ lực không ngừng nhằm cải thiện hơn nữa độ an toàn của LiB và tăng tốc thời gian sạc của chúng. Cho đến nay, việc phát hiện lớp mạ lithium trên cực dương của các loại pin này được coi là rất khó, điều này đã cản trở việc tạo ra và triển khai quy mô lớn các LiB sạc nhanh.

    Các kỹ thuật phát hiện lớp mạ lithium do Konz và các đồng nghiệp của ông đề xuất có thể sớm cung cấp thông tin cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm tạo ra các thiết kế LiB sạc nhanh an toàn hơn. Ngoài ra, họ có thể giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố và quy trình thúc đẩy quá trình mạ, từ đó có thể hướng dẫn các công trình nghiên cứu khám phá các hóa chất và thiết kế pin thay thế.

    Zalo
    Hotline