Các nhà nghiên cứu vén màn bí ẩn bên trong pin lithium oxy
bởi Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc
Sự phân bố và kích thước của lithium peroxide trên bề mặt cuối của điện cực C-AAO và bên trong chúng. Nhà cung cấp hình ảnh: Nhóm của GS TAN Peng
Với mật độ năng lượng cao, pin Li-O2 đã trở thành một công nghệ pin tiên tiến nhất. Bên trong pin Li-O2, việc tạo ra và phân hủy lithium peroxide rắn (Li2O2) của sản phẩm thải ra có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin. Nghiên cứu trước đây đã làm sáng tỏ rất ít về hình thức và sự phân bố của Li2O2 bên trong, để lại những câu hỏi liên quan đến xu hướng và yếu tố góp phần vào sự thay đổi bên trong của Li2O2 về hình thức và kích thước vẫn chưa được giải đáp.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Tan Peng từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc đã thiết kế một điện cực không khí oxit nhôm anốt (C-AAO) phủ carbon với một mảng có thứ tự cao. -như cấu trúc. Nhóm nghiên cứu đã có được những hiểu biết mới về các tuyến phản ứng và cái chết đột ngột của pin Li-O2. Công trình đã được đăng trên Nano Letters.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một điện cực C-AAO đặc biệt có thể dễ dàng bị vỡ nhưng vẫn bảo toàn được sự phân bố của các sản phẩm, cho phép quan sát Li2O2 trên toàn bộ điện cực. Sử dụng quang phổ trở kháng điện hóa (EIS), nhóm nghiên cứu đã xác định được yếu tố góp phần gây ra hiện tượng giảm điện áp đột ngột và chết ở các mật độ dòng điện khác nhau.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở dòng điện nhỏ, đường kính kênh hạn chế sự phát triển của Li2O2 hình xuyến, gây ra tắc nghẽn điện cực. Vì vậy điện áp chết đột ngột có liên quan đến trở kháng truyền điện tích lớn và sự phân cực nồng độ do tắc nghẽn điện cực. Trong khi ở dòng điện cao, sự đột tử được cho là do trở kháng truyền điện tích ít hơn đáng kể và sự phân cực nồng độ từ các phản ứng điện hóa nhanh.
Ngoài ra, để tìm ra cơ chế của các phản ứng này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích chi tiết mô hình tăng trưởng của Li2O2 trên bề mặt cuối và bên trong điện cực C-AAO. Li2O2 trên bề mặt cuối được tìm thấy trong mô hình ba hình xuyến.
Loại phổ biến nhất mọc “ôm” vào tường, tạo thành một vòng không hoàn chỉnh. Phần còn lại hoặc phát triển theo chiều ngang trên bề mặt, hoặc ở dạng hạt nhân, hình thành trên các bề mặt Li2O2 khác. Khi mật độ dòng điện khuếch đại, Li2O2 hình xuyến bên trong điện cực có khả năng bị bao phủ bởi các đối tác keo tụ của nó, cho thấy rằng Li2O2 được tạo ra dọc theo bề mặt của điện cực, chứ không phải từ sự không cân xứng bên trong các kênh.
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất một lộ trình tăng trưởng mới cho Li2O2 hình xuyến, trong đó Li2O2 được hình thành ở bề mặt Li2O2 / điện cực trong quá trình tăng trưởng ban đầu có liên quan đến lộ trình bề mặt, tiếp theo là lithium peroxide (LiO2) trong dung dịch không cân xứng xung quanh các hạt Li2O2, bao phủ tuyến bề mặt và tạo thành một vòng không hoàn toàn.
Nghiên cứu này đã cung cấp câu trả lời cho những câu hỏi lâu nay liên quan đến cơ chế hoạt động của pin Li-O2, cũng như những hiểu biết sâu hơn về thiết kế điện cực.
