Chất điện phân là thành phần quan trọng của pin giúp truyền các hạt mang điện tích (tức là các ion) qua lại giữa hai điện cực, cuối cùng cho phép pin sạc và xả nhiều lần. Kỹ thuật và xác định các chất điện phân hứa hẹn có thể giúp cải thiện hiệu suất và tính chất của pin, cho phép chúng hỗ trợ tốt hơn nhu cầu của ngành công nghiệp điện tử.
Tái cấu trúc SEI trong chất điện phân borat-pyran. Tín dụng: Kwon và cộng sự.
Pin lithium-kim loại (LMB) là loại pin đầy hứa hẹn đã được phát hiện là có nhiều đặc tính ưu việt, bao gồm cả thời lượng sử dụng pin lâu hơn cho mỗi lần sạc. Tuy nhiên, các điện cực trong các loại pin này dễ bị ăn mòn khi tiếp xúc với một số hóa chất, điều này khiến việc thiết kế các chất điện phân lỏng phù hợp cho các loại pin này gặp khó khăn.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) và LG Energy Solution ở Hàn Quốc gần đây đã thiết kế một chất điện phân lỏng mới cho LMB dựa trên borat-pyran nạc. Bài báo của họ được xuất bản trong Nature Energy, cho thấy rằng chất điện phân này có thể giảm thiểu sự ăn mòn ở LMB trong khi vẫn duy trì hiệu suất của chúng.
"Pin kim loại lithium đang được phát triển với mục đích tối đa hóa mật độ năng lượng của pin" Hee-Tak Kim, một trong những nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu, nói với Tech Xplore. "Tuy nhiên, trở ngại hiện tại nằm ở chất điện phân, hiện chiếm phần trọng lượng cao thứ hai trong pin. Để thực hiện hiệu quả mật độ năng lượng cao, bắt buộc phải giảm lượng chất điện phân sử dụng.”
Công trình gần đây của Kim và các đồng nghiệp của ông lấy cảm hứng từ bài báo trước đó của nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford, được xuất bản trên Science. Các tác giả của bài báo này phát hiện ra rằng sự trương nở của chất điện phân rắn xen kẽ (SEI), một lớp bảo vệ được tạo ra trên bề mặt cực dương trong pin lithium, cuối cùng sẽ thúc đẩy khả năng đảo ngược của các điện cực kim loại Li.
"Được thúc đẩy bởi phát hiện này, chúng tôi đã cố gắng đưa ra một chiến lược để xây dựng SEI với độ phồng điện phân lỏng tối thiểu và do đó độ ăn mòn Li ở mức tối thiểu," Kim nói. "Để pin Li-kim loại hoạt động, cần phải đáp ứng hai yêu cầu, đó là mạ/tước Li đồng nhất và ăn mòn Li ở mức tối thiểu. Thiết kế chất điện phân của chúng tôi đạt được cả hai yêu cầu bằng cách tạo ra SEI dày đặc, tinh thể nano và giàu vô cơ."
Chất điện phân dựa trên borat-pyran được thiết kế bởi nhóm các nhà nghiên cứu này tạo ra quá trình chín chống Oswald của các tinh thể LiF trong SEI. Quá trình này lần lượt thúc đẩy sự hình thành SEI, đồng thời làm giảm các lớp bảo vệ. sưng lên và do đó giảm thiểu các điện cực' ăn mòn.
Trong tương lai, chất điện phân lỏng đầy hứa hẹn mới được Kim và các đồng nghiệp xác định có thể được thử nghiệm trong các thí nghiệm tiếp theo và tích hợp vào các LMB khác với các thiết kế khác nhau. Ngoài ra, công trình gần đây này có thể cung cấp thông tin cho kỹ thuật về các chất điện phân bổ sung, từ đó góp phần vào những nỗ lực không ngừng nhằm giới thiệu các thiết kế pin hoạt động tốt hơn.
"Bài báo gần đây của chúng tôi nhấn mạnh vai trò quan trọng của cấu trúc vi mô của SEI trong việc giải quyết vấn đề ăn mòn Li," Kim nói thêm. "Hơn nữa, cấu trúc vi mô có thể được tái cấu trúc một cách chiến lược nhờ thiết kế độc đáo của chất điện phân. Mục tiêu cuối cùng của công nghệ pin kim loại Li là đạt được pin kim loại lithium không có cực dương và cho phép sạc tốc độ cao. Những nỗ lực của chúng tôi được dành riêng để giải quyết những thách thức then chốt liên quan đến việc biến những công nghệ tiên tiến này thành hiện thực.”
