Giáo sư Soojin Park, Seoha Nam, tiến sĩ. ứng cử viên, và Tiến sĩ Hye Bin Son từ Khoa Hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH) đã đạt được bước đột phá trong việc tạo ra loại pin điện phân dạng gel vừa ổn định vừa có tính khả thi về mặt thương mại. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Small .
Việc sản xuất pin dạng túi có chất điện phân gel cuối cùng được thực hiện bằng cách tuân theo quy trình sản xuất giống hệt như các tế bào túi thương mại thông thường, bao gồm các bước hình thành và khử khí, cùng với việc bổ sung quy trình chùm tia điện tử. Tín dụng: POSTECH
Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử cầm tay và lưu trữ năng lượng, bao gồm cả xe điện. Tuy nhiên, chất điện phân lỏng được sử dụng trong các loại pin này có nguy cơ cháy nổ đáng kể, thúc đẩy nỗ lực nghiên cứu liên tục để tìm ra giải pháp thay thế an toàn hơn.
Một giải pháp thay thế là pin bán rắn, đại diện cho nền tảng trung gian giữa pin lithium-ion truyền thống với chất điện phân lỏng và pin thể rắn. Bằng cách sử dụng chất điện phân dạng gel, những loại pin này giúp tăng cường độ ổn định, mật độ năng lượng và tuổi thọ tương đối dài hơn.
Việc tạo ra chất điện phân dạng gel thường bao gồm quá trình xử lý nhiệt kéo dài ở nhiệt độ cao, điều này có thể làm suy giảm chất điện phân, dẫn đến giảm hiệu suất của pin và tăng chi phí sản xuất. Ngoài ra, điện trở giao diện giữa chất điện phân bán rắn và điện cực đặt ra một thách thức trong quá trình chế tạo.
Các nghiên cứu trước đây đã gặp phải những hạn chế trong việc áp dụng trực tiếp những phát hiện của họ vào dây chuyền sản xuất pin thương mại hiện tại do phương pháp chế tạo phức tạp và các vấn đề với ứng dụng quy mô lớn.
Nhóm của giáo sư Soojin Park đã giải quyết những thách thức này bằng cách sử dụng chất phụ gia liên kết ngang nhị chức năng (CIA), dipentaerythritol hexaacrylate (DPH), kết hợp với công nghệ chùm tia điện tử (chùm tia điện tử).
Quy trình sản xuất pin dạng túi thông thường bao gồm các bước chuẩn bị điện cực, phun và lắp ráp chất điện phân, kích hoạt và khử khí. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã nâng cao chức năng kép của DPH bằng cách giới thiệu thêm một bước chiếu xạ chùm tia điện tử sau quá trình khử khí.
CIA đóng vai trò vừa là chất phụ gia để tạo điều kiện cho bề mặt tiếp xúc ổn định giữa bề mặt cực dương và cực âm trong quá trình kích hoạt, vừa đóng vai trò là chất liên kết ngang để tạo thành cấu trúc polymer trong quá trình chiếu xạ chùm tia điện tử.
Pin dạng túi của nhóm, sử dụng chất điện phân dạng gel, đã giảm đáng kể việc tạo ra khí từ các phản ứng phụ của pin trong quá trình sạc và xả ban đầu, đạt mức giảm 2,5 lần so với pin thông thường. Hơn nữa, nó giảm thiểu điện trở bề mặt một cách hiệu quả nhờ khả năng tương thích mạnh mẽ giữa các điện cực và chất điện phân dạng gel.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã phát triển pin dung lượng cao 1,2 Ah (ampe giờ) và thử nghiệm hiệu suất của nó ở nhiệt độ 55 độ C, môi trường đẩy nhanh quá trình phân hủy chất điện phân. Trong điều kiện này, pin sử dụng chất điện phân thông thường đã tạo ra khí đáng kể, dẫn đến giảm công suất nhanh chóng và pin bị phồng lên sau 50 chu kỳ.
Ngược lại, pin của nhóm không tạo ra khí và duy trì công suất 1 Ah ngay cả sau 200 chu kỳ, chứng tỏ độ bền và độ an toàn được nâng cao.
Nghiên cứu này đặc biệt có ý nghĩa vì nó cho phép cả tính an toàn và khả năng thương mại của pin điện phân dạng gel được sản xuất hàng loạt nhanh chóng trong các dây chuyền sản xuất pin dạng túi hiện có.
Giáo sư Soojin Park của POSTECH cho biết: "Thành tựu về tính ổn định và khả năng thương mại này sẵn sàng trở thành một bước đột phá trong ngành công nghiệp xe điện. Chúng tôi hy vọng tiến bộ này sẽ mang lại lợi ích to lớn không chỉ cho xe điện mà còn cho nhiều ứng dụng khác dựa vào lithium -pin ion."
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
