Chất điện phân thông minh cung cấp khả năng bảo vệ kép chống lại sự mất kiểm soát nhiệt trong pin lithium-ion
của IMDEA Materials
Minh họa về thiết kế pin an toàn: Pin LIB an toàn kết hợp chất điện phân phản ứng nhiệt hoạt động bình thường ở nhiệt độ phòng. Nguồn: Viện Vật liệu IMDEA.
Các nhà nghiên cứu của IMDEA Materials đã có một bước đột phá quan trọng trong việc cải thiện độ an toàn của pin lithium-ion (LIB), cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại thông minh đến xe điện.
Nhằm giải quyết các rủi ro do sự mất kiểm soát nhiệt, một chế độ hỏng hóc nguy hiểm có thể dẫn đến cháy hoặc nổ pin trong pin LIB, một dự án nghiên cứu gần đây của IMDEA Materials đã trình bày một công thức chất điện phân phản ứng nhiệt mới.
Nghiên cứu sáng tạo này tạo thành một kết quả chính của dự án Marie Skłodowska-Curie Actions của Tiến sĩ Arnab Ghosh Chất điện phân thông minh có khả năng chống cháy vốn có cho pin lithium-ion an toàn cháy nổ thế hệ tiếp theo (SMARTBATT). Bước đột phá này thúc đẩy tầm nhìn do chương trình 'Pin 2030+' của Ủy ban Châu Âu đặt ra để phát triển pin an toàn và bền vững.
Chi tiết về các hoạt động tắt nhiệt hiệu quả của công thức chất điện phân phản ứng nhiệt mới được nêu trong bài báo nghiên cứu "Giải mã công thức chất điện phân mới để điều chế thông minh hiện tượng mất nhiệt nhằm cải thiện tính an toàn của pin lithium-ion", được xuất bản trên tạp chí Advanced Functional Materials.
Trong các pin LIB thương mại, hiện tượng mất nhiệt thường được kiểm soát bằng cách sử dụng bộ tách polypropylen/polyetylen (PP/PE/PP) ba lớp phản ứng với nhiệt độ. Tuy nhiên, do co ngót nhiệt ở khoảng 160°C, các bộ tách này thường không ngăn được hiện tượng mất nhiệt trong các pin LIB thực tế, nơi nhiệt độ bên trong có thể dễ dàng vượt quá phạm vi đó.
Nhà nghiên cứu của Viện Vật liệu IMDEA và Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của MSCA, Tiến sĩ Arnab Ghosh. Nguồn: Viện Vật liệu IMDEA
Một cách để giải quyết vấn đề này là đưa vào sử dụng các chất điện phân phản ứng với nhiệt độ, bao gồm các chất điện phân có nhiệt độ dung dịch tới hạn thấp hơn, đây là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn.
Các chất điện phân này được thiết kế để ngừng vận chuyển Li-ion bên trong pin ngay lập tức khi vượt quá ngưỡng nhiệt độ cụ thể (thường là 100–120°C), hạn chế nhiệt độ bên trong tăng lên và giảm nguy cơ hỏng hóc thảm khốc do co ngót nhiệt của bộ tách ba lớp.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã phát triển một chất điện phân bao gồm muối lithium hòa tan trong vinylene carbonate (VC) và 2,5-dimethylfuran (DMFu) hoạt động hiệu quả trong pin ở nhiệt độ phòng.
"Ở nhiệt độ cao, các chất điện phân phản ứng nhiệt này đã được chứng minh là làm giảm đáng kể độ dẫn điện Liion của chất điện phân và đồng thời cản trở các lỗ nhỏ của bộ tách", nhà nghiên cứu chính, Tiến sĩ Ghosh giải thích.
"Những hiệu ứng kép này cho phép điều chỉnh thông minh hai bước về sự mất kiểm soát nhiệt, bắt đầu giai đoạn cảnh báo ở 100°C và đạt được trạng thái tắt nhiệt hoàn toàn ở 120°C, mang lại biện pháp bảo vệ tích hợp chống lại nguy cơ cháy nổ của LIB".
Thông tin thêm: Arnab Ghosh và cộng sự, Giải mã công thức điện phân mới để điều chế thông minh hiện tượng mất kiểm soát nhiệt nhằm cải thiện tính an toàn của pin lithium-ion, Vật liệu chức năng tiên tiến (2025). DOI: 10.1002/adfm.202502761
Thông tin tạp chí: Vật liệu chức năng tiên tiến
Do IMDEA Materials cung cấp
