Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Energy Material Advances có ý nghĩa quan trọng đối với tương lai của pin mật độ năng lượng cao.
Các nhà khoa học từ Viện Hóa học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát triển Pin kim loại lithium thể rắn với chất điện phân chống cháy không đối xứng. Nhà cung cấp hình ảnh: Sen Xin, Viện Hóa học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Tác giả bài báo Sen Xin, một nhà nghiên cứu cho biết: “Pin lithium-ion đã cho thấy thành công đáng kể trong 30 năm qua, nhưng mật độ năng lượng của chúng đang đạt đến giới hạn, thúc đẩy các nhà nghiên cứu khám phá các ứng dụng thực tế của pin mật độ năng lượng cao thế hệ tiếp theo”. giáo sư tại Phòng thí nghiệm trọng điểm CAS về cấu trúc nano phân tử và công nghệ nano, Trung tâm nghiên cứu/giáo dục CAS về khoa học phân tử xuất sắc, Viện Hóa học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
"Việc phát triển pin kim loại lithium có độ an toàn cao và ổn định khi đạp xe là điều bắt buộc."
Xin nhấn mạnh những ưu điểm của LMB, đặc biệt là mật độ năng lượng riêng ở cấp độ tế bào cao, đạt được nhờ công suất riêng cao và điện thế âm thấp của cực dương kim loại lithium. Khi kết hợp với các cực âm điện áp cao như các oxit phân lớp giàu Ni, LMB có thể vượt quá mật độ năng lượng cụ thể là 450 Wh kg -1 ở cấp độ tế bào.
Tuy nhiên, những lo ngại về an toàn và độ ổn định chu trình kém đã cản trở ứng dụng thực tế của chúng, chủ yếu là do các chất dễ cháy và khả năng tương thích hóa học/điện hóa kém của chất điện phân lỏng hữu cơ đồng nhất.
Việc chuyển đổi chất điện phân lỏng sang trạng thái rắn có khả năng tăng cường độ an toàn và ổn định của pin ở bề mặt tiếp xúc điện cực/chất điện phân. Tuy nhiên, việc triển khai thực tế LMB đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt đối với chất điện phân, đặc biệt khi xem xét các nhu cầu riêng biệt ở phía cực âm và cực dương.
Theo Xin, cực âm yêu cầu chất điện phân phải chịu được điện áp oxy hóa cao, trong khi cực dương yêu cầu nó phải chịu được khả năng khử của lithium kim loại. Ngoài ra, chất điện phân phải linh hoạt để đảm bảo tiếp xúc chặt chẽ với điện cực catốt xốp ba chiều và có độ bền cao để ngăn chặn sự phát triển của đuôi gai kim loại lithium.
Xin lưu ý: “Các chất điện phân đồng nhất thường gặp khó khăn trong việc đáp ứng các yêu cầu xung đột giữa cực âm và cực dương”.
Thay vì các chất điện phân đồng nhất, Xin và nhóm của ông đã đề xuất một chất điện phân polyme gần như rắn chống cháy mới có cấu trúc bất đối xứng được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của LMB điện áp cao.
"Đặc biệt, chất điện phân polymer dựa trên PVDF-HFP linh hoạt, kết hợp với organophosphate chống cháy, đã được phát triển ở phía cực âm. Chất điện phân này không chỉ đạt được sự tiếp xúc chắc chắn với điện cực xốp ba chiều mà còn thể hiện đặc tính chống cháy, bắt giữ hiệu quả." các gốc oxy tiềm năng”, Lin giải thích. “Thiết kế này thể hiện khả năng tương thích tuyệt vời và tăng cường độ ổn định nhiệt khi kết hợp với các vật liệu phân lớp giàu Ni điện áp cao.”
Xin cho biết thêm: “Đồng thời, một chất điện phân polyether mỏng nhưng chắc chắn đã được chế tạo tại chỗ trên cực dương kim loại lithium, mở rộng khả năng tương thích của chất điện phân chống cháy với kim loại lithium đồng thời giảm thiểu sự phát triển của sợi nhánh lithium”.
Kết quả là, chất điện phân chống cháy không đối xứng được sử dụng trong LMB điện áp cao đã cho thấy hiệu suất an toàn và độ ổn định của chu trình được nâng cao đáng kể, đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực công nghệ lưu trữ năng lượng.
Xin chỉ ra: “Pin lithium-ion đã được sử dụng thương mại trong nhiều thập kỷ, tuy nhiên, mặc dù đã được nghiên cứu sâu rộng, triển vọng tăng đáng kể mật độ năng lượng của chúng dường như vẫn còn hạn chế”. "Trong quá trình tìm kiếm sự tiến bộ, chúng tôi hiện đang hướng sự chú ý của mình đến pin kim loại lithium thể rắn. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là lĩnh vực nghiên cứu này vẫn đang ở giai đoạn sơ khai và sẽ cần các cuộc điều tra đáng kể và liên tục để biến những tiến bộ này thành hiện thực." ứng dụng thực tế."
