Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Joule giới thiệu vật liệu anode mới cho pin thể rắn (SSB). Nghiên cứu được thực hiện bởi Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc (KERI) hợp tác với Viện công nghệ quốc gia Kumoh và Đại học Inha.
'FeSn 2 ' trải qua quá trình giảm kích thước hạt do các phản ứng tái hợp trong quá trình sạc và xả lặp đi lặp lại, giúp duy trì sự tiếp xúc chặt chẽ giữa các hạt rắn bên trong SSB trong thời gian dài. Tín dụng: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
SSB đã thay thế chất điện phân lỏng dễ cháy chuyển ion giữa cực dương và cực âm bằng chất điện phân rắn, giúp giảm đáng kể nguy cơ cháy nổ. Tuy nhiên, do bản chất "rắn" của SSB, đòi hỏi công nghệ tiên tiến hơn nhiều, chẳng hạn như đảm bảo tính ổn định điện hóa học trong quá trình sạc và xả.
Đặc biệt, vì cực dương có tác động đáng kể đến tốc độ sạc và tuổi thọ của pin, nên việc lựa chọn vật liệu là vô cùng quan trọng. Hiện nay, Li-metal là vật liệu cực dương được nghiên cứu rộng rãi nhất cho SSB. Tuy nhiên, trong trường hợp của Li-metal, việc sạc và xả nhiều lần sẽ dẫn đến sự phát triển của dendrite, nơi lithium phát triển thành các cấu trúc giống như cây trên bề mặt. Hiện tượng này có thể dẫn đến đoản mạch bên trong, đe dọa đến tuổi thọ và độ ổn định của pin.
Bên cạnh Li-metal, vật liệu anot silicon cũng có sẵn; tuy nhiên, chúng phải đối mặt với một số thách thức, bao gồm độ dẫn điện tử và ion thấp, cũng như các vết nứt do giãn nở thể tích.
Vật liệu anot do KERI và nhóm nghiên cứu của trường đại học đề xuất lần này là vật liệu hợp kim gốc thiếc(Sn), cụ thể là FeSn2 . Nhóm nghiên cứu đã xác định thông qua phân tích tính chất cơ học chi tiết rằng FeSn2 thể hiện đặc tính giảm kích thước hạt do phản ứng tái hợp trong quá trình sạc và xả lặp đi lặp lại.
Điều này khẳng định rằng trong SSB, sự tiếp xúc giữa các hạt rắn bên trong được duy trì trong thời gian dài, tạo ra điện cực dày đặc và đồng nhất. Ngay cả trong môi trường có kích thích bên ngoài, FeSn2 vẫn thể hiện độ đàn hồi và năng lượng biến dạng cao, đảm bảo độ ổn định điện hóa tốt mà không bị nứt.
Sơ đồ và hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) minh họa hành vi phản ứng của vật liệu anot FeSn 2 trong quá trình tuần hoàn của SSB. Tín dụng: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một pin SSB thử nghiệm đầy đủ để xác nhận công nghệ, sử dụng anot FeSn 2 , catot NCM622 (kết hợp niken 6, coban 2, mangan 2) và chất điện phân rắn sunfua (Li 6 PS 5 CI). Kết quả là đạt được dung lượng diện tích 15,54 mAh/cm 2 , cao hơn năm lần so với pin lithium-ion thông thường.
Ngoài ra, quá trình sạc và xả tốc độ cao được thực hiện trong hơn 1.000 chu kỳ trong điều kiện ba phút (mật độ dòng điện 20C) và sáu phút (mật độ dòng điện 10C), đạt được khả năng duy trì dung lượng trên 70–80%.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã đánh giá hiệu suất của anode FeSn 2 trong SSB bằng cách áp dụng nó vào định dạng tế bào túi nguyên mẫu. Mật độ năng lượng cao trên 255 Wh/kg đã được ghi nhận, chứng minh tiềm năng thương mại của nó.
Yoon-Cheol Ha, Giám đốc Trung tâm nghiên cứu pin thế hệ tiếp theo tại KERI, cho biết: "Thành tựu của chúng tôi rất quan trọng vì nó thoát khỏi sự tập trung thông thường vào kim loại Li và silicon trong nghiên cứu vật liệu cực dương cho SSB, chứng minh tiềm năng to lớn của vật liệu cực dương hợp kim thiếc".
Ngoài ra, Giáo sư Cheol-Min Park của Viện Công nghệ Quốc gia Kumoh đã bày tỏ tham vọng của mình khi tuyên bố: "Thông qua việc phát triển các vật liệu anot hiệu suất cao ổn định vượt qua những hạn chế hiện tại, chúng tôi mong muốn đóng góp vào việc thương mại hóa SSB không bắt lửa".
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
