Các nhà nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất silicon disulfide tối ưu để tăng hiệu suất pin ở trạng thái rắn
bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Các nghiên cứu về công nghệ sản xuất SiS2 tối ưu được xuất bản dưới dạng bài báo trang bìa trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A. Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc
Một nhóm do Tiến sĩ Ha Yoon-Cheol, Nhà nghiên cứu chính của Trung tâm Nghiên cứu Pin Thế hệ Tiếp theo tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện Hàn Quốc (KERI) và Tiến sĩ Cheol-Min Park, Giáo sư Khoa Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật tại Viện Quốc gia Kumoh dẫn đầu of Technology (KIT), đã phát triển công nghệ sản xuất silicon disulfide (SiS2) chi phí thấp cho chất điện phân trạng thái rắn (loại argyrodite) có khả năng đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin toàn thể rắn (ASSB).
ASSB thay thế chất điện phân ở trạng thái lỏng truyền ion giữa cực dương và cực âm bằng chất rắn ít gây cháy nổ hơn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức để đạt được thương mại hóa, ví dụ: khó khăn trong quá trình xử lý và sản xuất hàng loạt, chi phí vật liệu cao, v.v. Nhiều nhóm nghiên cứu trên toàn cầu đang nỗ lực giải quyết những thách thức này và KERI cũng đã đạt được một số thành tựu.
Trong nghiên cứu này, nhóm của Tiến sĩ Hà đã chọn silicon disulfide. Giới học thuật đã biết rộng rãi rằng việc bổ sung silicon disulfide vào chất điện phân ở trạng thái rắn cho ASSB giúp cải thiện độ dẫn ion và độ ổn định độ ẩm. Tuy nhiên, quá trình tổng hợp silicon disulfide từ lưu huỳnh và silicon đòi hỏi nhiệt độ phản ứng cao, dẫn đến áp suất hơi của lưu huỳnh tăng cao, khiến quy trình sản xuất silicon disulfide trở nên đặc biệt phức tạp. Vì lý do này, silicon disulfide là một vật liệu rất đắt tiền, hiện có giá khoảng 1,7 triệu KRW/20 gam.
KERI đã phát triển một công nghệ xử lý để sản xuất silicon disulfide tối ưu và mở đường cho ứng dụng của nó trong chất điện phân trạng thái rắn cho ASSB. Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc thiết lập các điều kiện tổng hợp bằng cách tối ưu hóa sự sắp xếp của lưu huỳnh và bột silic, đồng thời tạo ra một môi trường hoàn toàn kín để chịu được áp suất hơi của lưu huỳnh ở nhiệt độ phản ứng là 800 độ. Chất lượng của sản phẩm thu được tương đương với các sản phẩm thương mại có sẵn. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra chất điện phân ở trạng thái rắn bằng cách sử dụng silicon disulfide của họ và nhận thấy rằng nó có độ dẫn ion và độ ổn định độ ẩm cao hơn gấp đôi. Ngoài ra, quy trình được tối ưu hóa sẽ giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất và giảm chi phí sản xuất.
Tiến sĩ Ha cho biết: “Nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước đã phải vật lộn để giải quyết vấn đề áp suất hơi cao của lưu huỳnh, đòi hỏi phải sử dụng nguyên liệu thô đắt tiền hoặc đưa ra các quy trình đặc biệt”. "Những gì chúng tôi đã đạt được sẽ góp phần sản xuất silicon disulfide cho chất điện phân ở trạng thái rắn rẻ hơn và dễ dàng hơn."
Nhóm cũng đã áp dụng silicon disulfide mới làm vật liệu hoạt động cực dương cho pin lithium-ion dựa trên chất điện phân lỏng và lần đầu tiên xác định được sự phá hủy và phục hồi các cấu trúc phân lớp trong quá trình sạc và xả. Những phát hiện của nhóm từ nghiên cứu silicon disulfide của họ đã được xuất bản dưới dạng bài báo trang bìa trong ấn bản gần đây của Tạp chí Hóa học Vật liệu A.
