Chất liệu catốt được cải tiến cho pin xe điện cung cấp năng lượng nhiều hơn tới 25% để lái xe lâu hơn

Chất liệu catốt được cải tiến cho pin xe điện cung cấp năng lượng nhiều hơn tới 25% để lái xe lâu hơn

    Chất liệu catốt được cải tiến cho pin xe điện cung cấp năng lượng nhiều hơn tới 25% để lái xe lâu hơn
    bởi Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo

    Improved cathode material for electric vehicle batteries packs up to 25% more energy for longer drives
    Việc quét hình ảnh bằng kính hiển vi điện tử ở các độ phóng đại khác nhau cho thấy hình thái hình cầu của các hạt bột NMC622, một trong hai vật liệu được các nhà nghiên cứu Skoltech tổng hợp trong nghiên cứu. Hình ảnh được bố trí tương đối thưa thớt bởi các hạt để hiển thị tốt hơn, nhưng hình thái hình cầu của chúng có nghĩa là trong pin thực tế, chúng có thể được nén ở mức độ lớn hơn các hạt hình bát diện thông thường, vì vậy vật liệu sẽ cung cấp mật độ năng lượng nhiều hơn trên một đơn vị thể tích , thu nhỏ pin mà nó được sử dụng. Ảnh: Ivan Moiseev et al./Energy Advances


    Các nhà nghiên cứu của Skoltech đã phát triển một vật liệu mới cho pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho xe điện. Với mật độ năng lượng cực cao, vật liệu catốt mới hứa hẹn phạm vi lái xe dài hơn trong một lần sạc. Được báo cáo trong Những tiến bộ về năng lượng và được cấp bằng sáng chế với Rospatent, vật liệu này là một oxit kim loại chuyển tiếp phân lớp giàu niken quen thuộc, nhưng có cấu trúc vi mô đã thay đổi để chứa nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị thể tích.

    Điều tra viên chính, Giáo sư Artem Abakumov từ Skoltech Energy nhận xét: “Vật liệu cathode là một nút thắt cổ chai quan trọng liên quan đến pin xe điện. "Các cực âm trong pin cung cấp năng lượng cho ô tô điện có xu hướng sử dụng các ôxít kim loại chuyển tiếp nhiều lớp, bao gồm các ôxít giàu niken. Chúng tôi đã cải tiến hai vật liệu thường được sử dụng loại này, giúp mật độ năng lượng tăng từ 10% đến 25%. Điều này chuyển thành các cực âm nhỏ hơn, pin nhỏ gọn hơn và do đó khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn cho cùng một khối lượng. Như một phần thưởng bổ sung, vật liệu chậm bị hư hỏng hơn. "

    Oxit phân lớp ban đầu được sử dụng trong cực âm của pin có công thức là LiCoO2. Trong các vật liệu đang được sử dụng, một số nguyên tử coban được thay thế bằng niken và mangan. Những vật liệu này được biết đến với các tên kỹ thuật như NMC811, trong đó các con số phản ánh tỷ lệ giữa ba nguyên tố trong công thức hóa học — ví dụ, tám nguyên tử niken trên một nguyên tử mangan và một nguyên tử coban. Không thay đổi thành phần hóa học của chúng, các nhà nghiên cứu Skoltech đã cải tiến NMC811 và người anh em họ NMC622 của nó bằng cách tinh chỉnh tổ chức vi cấu trúc của vật liệu.

    NMC thông thường là vật liệu đa tinh thể dạng bột, có nghĩa là mỗi hạt thứ cấp được tạo thành từ các hạt được định hướng ngẫu nhiên. Cấu trúc tinh thể bên trong bất kỳ loại hạt nhất định nào là gần như hoàn hảo, nhưng vì không có hai loại hạt nào khớp hoàn toàn với nhau, nên một số không gian trống chắc chắn xuất hiện ở ranh giới hạt. Các bản sao đơn tinh thể của NMC đa tinh thể đúng như tên gọi: Mỗi hạt bột về cơ bản là một hạt lớn không có khoảng trống nào trong đó. Các đơn tinh thể này thường có hình bát diện.

    "Vật liệu của chúng tôi là NMC đơn tinh thể với các hạt hình cầu, kết hợp những gì tốt nhất của cả hai thế giới khi tối đa hóa mật độ. Không giống như đa tinh thể, các hạt bột không có cấu trúc bên trong, vì vậy không có khoảng trống lãng phí ở ranh giới hạt. Nhưng Ngoài ra, bạn cũng có thể đóng gói nhiều tinh thể đơn hình cầu hơn vào cùng một thể tích giới hạn hơn so với các tinh thể hình bát diện, vì vậy bạn cũng có được mật độ cao hơn trên tài khoản đó ", đồng tác giả nghiên cứu của Skoltech, nhà khoa học Aleksandra Savina cho biết.

    Bên cạnh việc đóng gói dày đặc hơn, hình dạng hình cầu của tinh thể làm giảm diện tích tiếp xúc với chất điện phân, giảm thiểu các tương tác không mong muốn theo thời gian gây ra sự suy thoái catốt do sự hình thành vết nứt trong các hạt của NMC thông thường. Điều này sẽ kéo dài tuổi thọ hoạt động của cực âm và pin nói chung.

    Để thay đổi hình thái ôxít phân lớp, các nhà nghiên cứu Skoltech đã điều chỉnh quy trình tổng hợp, dựa trên cái gọi là phương pháp thông lượng.

    Thông thường, bạn bắt đầu với một tiền chất có niken, mangan và coban được phân bố đồng nhất. Bạn trộn lithium hydroxide hoặc một số nguồn lithium khác và ủ ở nhiệt độ cao.

    "Những gì chúng tôi làm là sau khi thêm hợp chất chứa liti, chúng tôi cũng trộn vào một loại muối trơ có nhiệt độ nóng chảy thấp, và chúng tôi nấu chảy hỗn hợp đó và ủ ở nhiệt độ cao. Sau đó chúng tôi rửa sạch muối và ủ lại để loại bỏ sản phẩm của bất kỳ phản ứng không mong muốn nào với nước. Nhưng điều quan trọng là tùy thuộc vào loại muối trơ nào được sử dụng và lượng bao nhiêu, hình học của hạt sẽ thay đổi. Mặt khác, với tổng hợp thông thường, bạn thực sự không thể làm gì nhiều ảnh hưởng đến hình thái học, ”đồng tác giả nghiên cứu và Alina Pavlova, sinh viên Thạc sĩ Skoltech, giải thích.

    Nhóm nghiên cứu đã xác định các thông số muối thúc đẩy sự hình thành hạt hình cầu. Các thử nghiệm xác nhận rằng vật liệu tạo thành có cùng khả năng lưu trữ năng lượng trên một đơn vị khối lượng như các chất tương tự thương mại nhưng có mật độ năng lượng lớn hơn, cho phép nhiều năng lượng hơn được đóng gói vào cùng một không gian hạn chế.

    Khi được hỏi về kế hoạch tương lai của họ, các nhà nghiên cứu cho biết họ dự định thử nghiệm với kích thước hạt, kết hợp tất cả và các quả cầu lớn hơn để đóng gói thậm chí dày đặc hơn. Nhóm nghiên cứu cũng sẽ theo đuổi các oxit kim loại chuyển tiếp phân lớp có thể thay thế nhiều nguyên tử coban và mangan hơn bằng niken, nâng cao hơn nữa khả năng lưu trữ năng lượng.

    Zalo
    Hotline