Các nhà nghiên cứu tiên phong trong phương pháp tiếp cận mới để nâng cao pin lithium thể rắn hoàn toàn
của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Minh họa sơ đồ về sự tiến hóa của cấu trúc vi mô catốt trong quá trình sạc. (a) Catốt composite không đồng nhất thông thường và (b) catốt đồng nhất được đề xuất với khả năng dẫn điện hỗn hợp hiệu quả. Nguồn: QIBEBT
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Năng lượng sinh học và Quy trình sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng với các cộng tác viên từ các tổ chức quốc tế hàng đầu, đã giới thiệu một chiến lược đồng nhất catốt sáng tạo cho pin lithium thể rắn hoàn toàn (ASLB).
Phương pháp tiếp cận mới này, được trình bày chi tiết trong ấn phẩm gần đây của họ trên tạp chí Nature Energy vào ngày 31 tháng 7, cải thiện đáng kể vòng đời và mật độ năng lượng của ASLB, thể hiện một bước tiến quan trọng trong công nghệ lưu trữ năng lượng.
Các ASLB hiện tại phải đối mặt với những thách thức do catốt composite không đồng nhất, đòi hỏi các chất phụ gia không hoạt động về mặt điện hóa để tăng cường khả năng dẫn điện. Các chất phụ gia này, mặc dù cần thiết, làm giảm mật độ năng lượng và tuổi thọ chu kỳ của pin do chúng không tương thích với các cực âm oxit nhiều lớp, vốn có sự thay đổi đáng kể về thể tích trong quá trình hoạt động.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một giải pháp: chiến lược đồng nhất cực âm sử dụng vật liệu không biến dạng, Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3 (LTG0.25PSSe0.2). Vật liệu này thể hiện độ dẫn điện hỗn hợp ion và điện tử tuyệt vời, đảm bảo vận chuyển điện tích hiệu quả trong suốt quá trình (xả) mà không cần thêm chất phụ gia dẫn điện.
Vật liệu LTG0.25PSSe0.2 cho thấy các số liệu hiệu suất ấn tượng, bao gồm dung lượng riêng là 250 mAh g–1 và thay đổi thể tích tối thiểu chỉ 1,2%. Một catốt đồng nhất được làm hoàn toàn bằng LTG0.25PSSe0.2 cho phép ASLB ở nhiệt độ phòng đạt được hơn 20.000 chu kỳ hoạt động ổn định và mật độ năng lượng cao là 390 Wh kg−1 ở cấp độ tế bào.
"Chiến lược đồng nhất catốt của chúng tôi thách thức thiết kế catốt không đồng nhất thông thường", Tiến sĩ Cui Longfei, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu từ Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Rắn (SERGY) tại QIBEBT cho biết. "Bằng cách loại bỏ nhu cầu về các chất phụ gia không hoạt động, chúng tôi nâng cao mật độ năng lượng và kéo dài tuổi thọ chu kỳ của pin".
"Phương pháp này là một bước ngoặt đối với ASLB", Tiến sĩ Zhang Shu, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu từ SERGY nhận xét. "Sự kết hợp giữa mật độ năng lượng cao và tuổi thọ chu kỳ kéo dài mở ra những khả năng mới cho tương lai của việc lưu trữ năng lượng".
Giáo sư Ju Jiangwei, đồng tác giả của nghiên cứu từ SERGY, cho biết thêm, "Độ ổn định và số liệu hiệu suất của vật liệu rất ấn tượng, khiến nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng thương mại trong xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn".
Sự tiến bộ này được hỗ trợ bởi các thử nghiệm mở rộng và tính toán lý thuyết. Các phân tích này xác nhận độ ổn định điện hóa và cơ học của catốt đồng nhất, không cho thấy phản ứng hóa học bất lợi hoặc điện trở tăng đáng kể sau chu kỳ kéo dài.
Ngoài ASLB, các loại pin khác, bao gồm pin natri thể rắn, pin lithium-ion, pin lithium-lưu huỳnh, pin natri-ion và pin nhiên liệu, cũng phải đối mặt với những thách thức với điện cực không đồng nhất. Các hệ thống này thường gặp phải tình trạng không tương thích về cơ hóa học và điện hóa, tạo ra những nút thắt đáng kể và làm giảm hiệu suất chung của pin.
Giáo sư Cui Guanglei, người đứng đầu SERGY, cho biết thêm: "Hiện nay, tiềm năng thương mại hóa đối với ASLB có mật độ năng lượng cao có thể đạt được nhiều hơn". "Chiến lược chung của chúng tôi trong việc thiết kế catốt đồng nhất đa chức năng có thể vượt qua các rào cản về năng lượng, công suất và tuổi thọ trong lưu trữ năng lượng, mở đường cho các ứng dụng trong thế giới thực".
Bằng cách giải quyết các thách thức chính trong ASLB, chiến lược này đặt nền tảng cho những đổi mới trong tương lai về công nghệ lưu trữ năng lượng. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch khám phá thêm khả năng mở rộng của vật liệu LTG0.25PSSe0.2 và khả năng tích hợp của vật liệu này vào các hệ thống pin thực tế.
Công trình này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong công nghệ pin và mở ra triển vọng đầy hứa hẹn cho những tiến bộ trong tương lai. Phương pháp tiếp cận sáng tạo của nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ ảnh hưởng đến hoạt động nghiên cứu và phát triển trong tương lai trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, tạo nền tảng vững chắc cho thế hệ pin hiệu suất cao tiếp theo.
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
