Mật độ năng lượng cao là một hướng quan trọng cho sự phát triển pin trong tương lai. Pin lithium-lưu huỳnh (Li-S), với mật độ năng lượng lý thuyết cao, đã thu hút được sự chú ý đáng kể. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi rắn-lỏng-rắn chậm của lưu huỳnh, đặc biệt là quá trình oxy hóa liti sunfua (Li 2 S) trong quá trình sạc, đòi hỏi phải vượt qua các rào cản phản ứng lớn, dẫn đến quá trình chuyển đổi Li 2 S không hoàn toàn và thụ động điện cực.
(a) Đường cong phóng điện và tích điện cho MS. (b) Minh họa về chiến lược MI điện hóa. Tín dụng: Science China Press
Kết quả là mật độ năng lượng và hiệu suất chu kỳ của pin vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu thương mại. Gần đây, việc giới thiệu chất xúc tác đã trở thành một chiến lược hiệu quả để nâng cao động học của cực âm và tăng cường sử dụng lưu huỳnh. Tuy nhiên, sự tiếp xúc hạn chế và tương tác yếu giữa các chất xúc tác pha rắn và chất rắn Li 2 S đã hạn chế nghiêm trọng quá trình chuyển đổi thuận nghịch hiệu quả của lưu huỳnh, đặc biệt là khi nạp lưu huỳnh cao và chất điện phân nghèo, do đó hạn chế đáng kể mật độ năng lượng và độ ổn định chu trình của Li- Pin S.
Nghiên cứu này được dẫn dắt bởi Giáo sư Lv Wei (Trường sau đại học quốc tế Thanh Hoa Thâm Quyến) và Giáo sư Yang Quan-Hong (Đại học Thiên Tân, Trường liên kết của Đại học Quốc gia Singapore và Đại học Thiên Tân). Nhóm hợp tác phát triển công nghệ in dấu phân tử điện hóa phù hợp với pin Li-S thông qua đặc tính tách lithi không thể đảo ngược của sulfua kim loại (MS).
Cụ thể, các khuyết tật in Li 2 S được tạo ra trong MS bằng cách nhúng trước Li 2 S bằng quy trình lithi hóa/tách lithi hóa và loại bỏ Li 2 S bằng cách rửa bằng cồn. Đặc điểm cấu trúc cho thấy chỗ trống lưu huỳnh hình thành trong chất xúc tác do loại bỏ Li 2 S. Khuyết tật đặc biệt này cho phép chất xúc tác liên kết chọn lọc với sản phẩm mục tiêu Li 2 S.
Bài báo được công bố trên tạp chí National Science Review .
Các nhà nghiên cứu cũng chứng minh tính phổ biến của phương pháp bằng cách thử nghiệm các MS khác nhau và hiệu suất xúc tác có mối tương quan thuận với hàm lượng chỗ trống lưu huỳnh, cho thấy khiếm khuyết được tùy chỉnh cho Li 2 S trong MS có thể thúc đẩy đáng kể phản ứng. Sau khi sàng lọc vật liệu, hiệu quả hấp phụ có chủ đích của MI-Ni 3 S 2 trên Li 2 S đã được QCM chứng minh và hiệu ứng chuyển đổi xúc tác cao của quá trình oxy hóa Li 2 S đã được chứng minh bằng thí nghiệm tiềm năng kích hoạt Li 2 S.
Hơn nữa, cơ chế này đã được làm sáng tỏ bằng DFT: những khiếm khuyết được thiết kế riêng như vậy cho phép chất xúc tác liên kết độc quyền với các nguyên tử Li trong chất phản ứng Li 2 S và kéo dài liên kết Li-S, do đó làm giảm rào cản năng lượng phản ứng trong quá trình sạc và cuối cùng đẩy nhanh quá trình chuyển đổi Li 2 S thành lưu huỳnh.
Về hiệu suất của pin, trong điều kiện thực tế, tế bào túi Li-S quy mô Ah được lắp ráp đã quay ổn định trong hơn 100 chu kỳ, đạt được mật độ năng lượng vượt quá 300 Wh/kg dựa trên tổng khối lượng. Hơn nữa, trong điều kiện chất điện phân cực thấp (E/S=1,8 μL/mg S ), nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công pin có mật độ năng lượng 502 Wh/kg sử dụng chất xúc tác này, vượt qua hiệu suất của hầu hết các nghiên cứu được báo cáo hiện nay.
Để kết luận, phương pháp tổng hợp được đề xuất cung cấp một giải pháp lý tưởng cho vấn đề phân ly Li2S khó khăn , rất quan trọng đối với quá trình công nghiệp hóa cuối cùng của pin Li-S. Hứa hẹn hơn, công trình này cung cấp một cách hiệu quả và quan trọng hơn là một cơ sở hợp lý để tổng hợp các chất xúc tác thực tế với giao diện rắn-rắn được quản lý tốt không chỉ giới hạn ở pin lưu huỳnh năng lượng cao.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
