Một nhóm nghiên cứu hợp tác đã đạt được một cột mốc quan trọng trong công nghệ pin. Thành tựu của họ trong việc phát triển chất điện phân gel polymer không cháy (GPE) được thiết lập để cách mạng hóa sự an toàn của pin lithium-ion (LIB) bằng cách giảm thiểu rủi ro thoát nhiệt và sự cố cháy nổ.
Hình ảnh sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của chất điện phân dạng gel không cháy. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan
Nghiên cứu được dẫn đầu bởi Giáo sư Hyun-Kon Song tại Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học tại UNIST, Tiến sĩ Seo-Hyun Jung từ Trung tâm Nghiên cứu Hóa chất Đặc biệt Cao cấp tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) và Tiến sĩ Tae- Hee Kim từ Trung tâm R&D Công nghệ Năng lượng Tiên tiến Ulsan tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc (KIER). Kết quả đã được công bố trên ACS Energy Letters .
Trước đây, khả năng dễ cháy của LIB đã gây ra nhiều lo ngại, đặc biệt là đối với xe điện, nơi nguy cơ hỏa hoạn là mối đe dọa nghiêm trọng đối với các bãi đỗ xe ngầm. Để giải quyết vấn đề quan trọng này, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công chất điện phân bán rắn polymer không cháy mang tính đột phá, mang lại giải pháp đầy hứa hẹn để giảm thiểu cháy pin.
Thông thường, chất điện phân không cháy chủ yếu dựa vào việc kết hợp các chất phụ gia chống cháy hoặc dung môi có điểm sôi đặc biệt cao. Tuy nhiên, những phương pháp này thường làm giảm đáng kể độ dẫn ion, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của chất điện phân.
Trong nghiên cứu mang tính đột phá của mình, nhóm nghiên cứu đã đưa vào một lượng nhỏ polyme, tạo ra chất điện phân bán rắn. Phương pháp mới này đã tăng đáng kể độ dẫn của ion lithium lên 33% so với các chất điện phân lỏng hiện có. Hơn nữa, pin dạng túi kết hợp chất điện phân bán rắn không cháy này cho thấy sự cải thiện đáng kể 110% về đặc tính tuổi thọ, ngăn chặn hiệu quả các phản ứng điện phân không cần thiết trong quá trình hình thành và vận hành lớp xen kẽ chất điện phân rắn (SEI).
Sự xuyên đinh của tế bào túi 650 mAh của NCM811||graphite. (a đến c) Cấu hình điện áp và nhiệt độ (d đến f). Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan
Ưu điểm chính của chất điện phân cải tiến này nằm ở hiệu suất vượt trội và khả năng không cháy. Bằng cách ngăn chặn các phản ứng dây chuyền gốc tự do với các hợp chất nhiên liệu trong quá trình đốt cháy, chất điện phân bán rắn polyme ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện cháy của pin. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh tính ưu việt của polyme được phát triển bằng cách phân tích định lượng khả năng ổn định và ngăn chặn các gốc tự do của nó.
Jihong Jeong (Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học, UNIST) cho biết: “Sự tương tác giữa vật liệu polyme hóa bên trong pin và dung môi dễ bay hơi cho phép chúng tôi ngăn chặn một cách hiệu quả các phản ứng dây chuyền triệt để. Thông qua định lượng điện hóa, bước đột phá này sẽ góp phần rất lớn vào việc tìm hiểu cơ chế của chất điện phân không cháy."
Đồng tác giả đầu tiên Mideum Kim, sinh viên thạc sĩ tại Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học tại UNIST và Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT), đã xác nhận thêm về độ an toàn đặc biệt của bản thân pin thông qua nhiều thí nghiệm khác nhau. Phương pháp tiếp cận toàn diện của nhóm bao gồm việc áp dụng chất điện phân bán rắn không cháy vào pin dạng túi, đảm bảo việc đánh giá tính không cháy của chất điện phân được mở rộng cho các ứng dụng pin thực tế.
"Thành phần đa ngành của nhóm nghiên cứu, bao gồm điện hóa từ UNIST, tổng hợp polymer từ Trung tâm nghiên cứu hóa chất đặc biệt tiên tiến KRICT và thử nghiệm an toàn pin của Trung tâm R&D công nghệ năng lượng tiên tiến Ulsan tại Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc (KIER), đã góp phần vào đạt được bước đột phá này”, giáo sư Song cho biết. "Việc sử dụng chất điện phân bán rắn không cháy, có thể được tích hợp trực tiếp vào quy trình lắp ráp pin hiện có, sẽ đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin an toàn hơn trong tương lai."
