Các nhà khoa học tại Đại học Tohoku đã đạt được bước đột phá đáng kể trong công nghệ pin bằng cách tạo ra vật liệu cực âm mới cho pin magiê có thể sạc lại (RMB). Vật liệu này hỗ trợ quá trình sạc và xả hiệu quả, ngay cả trong môi trường lạnh. Bằng cách sử dụng cấu trúc đá muối cải tiến, vật liệu tiên phong này được thiết kế để cách mạng hóa các phương án lưu trữ năng lượng, giúp chúng tiết kiệm chi phí hơn, an toàn hơn và có công suất cao hơn.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tohoku đã phát triển một vật liệu cực âm mới cho pin magiê có thể sạc lại, cho phép sạc và xả hiệu quả ở nhiệt độ thấp. Bước đột phá này, sử dụng cấu trúc đá-muối nâng cao và chiến lược entropy cao, đã vượt qua những thách thức trước đây trong việc khuếch tán và vận chuyển magie.
Chi tiết về phát hiện này đã được công bố trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A vào ngày 15 tháng 3 năm 2024.
Nghiên cứu cho thấy sự cải thiện đáng kể về khả năng khuếch tán magie (Mg) trong cấu trúc đá muối, một tiến bộ quan trọng do mật độ nguyên tử trong cấu hình này trước đây đã cản trở sự di chuyển của Mg. Bằng cách đưa vào hỗn hợp chiến lược gồm bảy nguyên tố kim loại khác nhau, nhóm nghiên cứu đã tạo ra cấu trúc tinh thể có nhiều chỗ trống cation ổn định, tạo điều kiện cho việc đưa và chiết Mg dễ dàng hơn.
Điều này thể hiện việc sử dụng oxit đá lần đầu tiên làm vật liệu cực âm cho Nhân dân tệ. Chiến lược entropy cao được các nhà nghiên cứu sử dụng đã cho phép các khuyết tật cation kích hoạt cực âm oxit đá.
Khắc phục hạn chế của RMB
Sự phát triển cũng giải quyết một hạn chế chính của RMB – khó khăn trong việc vận chuyển Mg trong vật liệu rắn. Cho đến nay, nhiệt độ cao là cần thiết để tăng cường độ linh động của Mg trong vật liệu catốt thông thường, chẳng hạn như những vật liệu có cấu trúc Spinel. Tuy nhiên, vật liệu do các nhà nghiên cứu của Đại học Tohoku công bố hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ chỉ 90°C, cho thấy nhiệt độ vận hành cần thiết giảm đáng kể.
Vật liệu hiện nay chứa nhiều nguyên tố kim loại ở dạng cation nhờ tác dụng của entropy cấu hình cao. Nguồn: Đại học Tohoku
Tomoya Kawaguchi, giáo sư tại Viện Nghiên cứu Vật liệu (IMR) của Đại học Tohoku, lưu ý ý nghĩa rộng hơn của nghiên cứu này. “Lithium khan hiếm và phân bố không đồng đều, trong khi magie lại có sẵn dồi dào, mang lại sự thay thế bền vững hơn và tiết kiệm chi phí hơn cho pin lithium-ion. Pin magiê, sử dụng vật liệu cực âm mới được phát triển, sẵn sàng đóng vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm lưu trữ lưới điện, xe điện và thiết bị điện tử cầm tay, góp phần vào sự thay đổi toàn cầu hướng tới năng lượng tái tạo và giảm lượng khí thải carbon.”
Kawaguchi hợp tác với Tetsu Ichitsubo, cũng là giáo sư tại IMR, người cho biết: “Bằng cách khai thác những lợi ích nội tại của magiê và khắc phục những hạn chế về vật liệu trước đây, nghiên cứu này mở đường cho thế hệ pin tiếp theo, hứa hẹn những tác động đáng kể đến công nghệ, môi trường, và xã hội.”
Cuối cùng, bước đột phá này là một bước tiến quan trọng trong việc tìm kiếm các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả, thân thiện với môi trường.
Tham khảo: “Đảm bảo các vị trí tuyển dụng cation để cho phép chèn/chiết Mg thuận nghịch trong oxit đá” của Tomoya Kawaguchi, Masaya Yasuda, Tsumi Nemoto, Kohei Shimokawa, Hongyi Li, Norihiko L. Okamoto và Tetsu Ichitsubo, ngày 15 tháng 3 năm 2024, Tạp chí Hóa học Vật liệu A .
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
