Các nhà nghiên cứu phát triển cực dương pin natri-ion hiệu quả để lưu trữ năng lượng

Các nhà nghiên cứu phát triển cực dương pin natri-ion hiệu quả để lưu trữ năng lượng

    Các nhà nghiên cứu phát triển cực dương pin natri-ion hiệu quả để lưu trữ năng lượng
    bởi Đại học Quốc gia Pusan

    Pusan National University researchers develop efficient sodium-ion battery anode for energy storage
    Các nhà nghiên cứu của Đại học Quốc gia Pusan phát triển cực dương pin natri-ion hiệu quả để lưu trữ năng lượng. Nguồn: Đại học Quốc gia Pusan


    Biến đổi khí hậu là mối quan tâm lớn của toàn cầu. Giảm lượng khí thải carbon bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả đã trở thành ưu tiên hàng đầu. Pin lithium-ion có mật độ năng lượng cao và vòng đời dài, khiến chúng không thể thiếu trong các thiết bị điện tử di động cũng như xe điện. Tuy nhiên, chi phí cao và nguồn cung hạn chế của lithium đòi hỏi phải phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng thay thế. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã đề xuất pin natri-ion (SIB) như một ứng cử viên khả thi.

    Ngoài việc có các đặc tính hóa lý tương tự như của lithium, natri còn bền vững và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, các ion của nó lớn với động học khuếch tán chậm chạp, cản trở sự điều chỉnh của chúng trong các cấu trúc vi mô carbon của cực dương than chì được thương mại hóa. Do đó, cực dương SIB bị mất ổn định về cấu trúc và hiệu suất lưu trữ kém. Về vấn đề này, các vật liệu carbon được pha tạp với các dị nguyên tử đang cho thấy nhiều hứa hẹn. Tuy nhiên, việc chuẩn bị của họ rất phức tạp, tốn kém và mất thời gian.

    Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Seung Geol Lee từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc đứng đầu, đã sử dụng quinacridone làm tiền chất để điều chế cực dương SIB cacbon. "Các sắc tố hữu cơ như quinacridones có nhiều cấu trúc và nhóm chức năng khác nhau. Do đó, chúng phát triển các hành vi phân hủy nhiệt và cấu trúc vi mô khác nhau. Khi được sử dụng làm tiền chất cho vật liệu lưu trữ năng lượng, quinacridones bị nhiệt phân có thể thay đổi đáng kể hiệu suất của pin thứ cấp. Do đó , có thể thực hiện một loại pin hiệu quả cao bằng cách kiểm soát cấu trúc của tiền chất sắc tố hữu cơ," Giáo sư Lee giải thích.

    Nghiên cứu của họ được cung cấp trực tuyến vào ngày 17 tháng 10 năm 2022 và sẽ được xuất bản trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học vào ngày 1 tháng 2 năm 2023.

    Các nhà nghiên cứu tập trung vào 2,9-dimethylquinacridone (2,9-DMQA) trong nghiên cứu của họ. 2,9-DMQA có cấu hình đóng gói phân tử song song. Sau khi nhiệt phân (phân hủy nhiệt) ở 600°C, 2,9-DMQA chuyển từ màu đỏ sang màu đen với hiệu suất than cao là 61%. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một phân tích thử nghiệm toàn diện để mô tả cơ chế nhiệt phân cơ bản.

    Họ đề xuất rằng quá trình phân hủy các nhóm thế metyl tạo ra các gốc tự do ở 450°C, tạo thành các hydrocacbon thơm đa vòng có cấu trúc vi mô phát triển theo chiều dọc do liên kết bắc cầu dọc theo hướng đóng gói song song. Hơn nữa, các nhóm chức chứa nitơ và oxy trong 2,9-DMQA đã giải phóng khí, tạo ra các miền hỗn loạn trong cấu trúc vi mô. Ngược lại, quinacridone không được thay thế bị nhiệt phân đã phát triển các cấu trúc tổng hợp cao. Điều này cho thấy rằng sự phát triển hình thái bị ảnh hưởng đáng kể bởi hướng tinh thể của tiền chất.

    Ngoài ra, 2,9-DMQA bị nhiệt phân ở 600°C thể hiện khả năng tốc độ cao (290 mAh/g ở 0,05 A/g ) và độ ổn định chu kỳ tuyệt vời (134 mAh/g ở 5 A/g cho 1000 chu kỳ) dưới dạng SIB cực dương. Các nhóm chứa nitơ và oxy tăng cường hơn nữa khả năng lưu trữ pin thông qua sự giam cầm bề mặt và gia tăng khoảng cách giữa các lớp.

    Giáo sư Lee kết luận: "Các sắc tố hữu cơ như quinacridones có thể được sử dụng làm vật liệu cực dương trong pin natri-ion. Với hiệu quả cao, chúng sẽ cung cấp một chiến lược hiệu quả để sản xuất hàng loạt các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn".

    Zalo
    Hotline