Pin kim loại có khả năng cung cấp nhiều năng lượng hơn, với trọng lượng nhẹ hơn so với pin lithium-ion phổ biến. Tuy nhiên, vấn đề là công nghệ này hiện có tuổi thọ quá ngắn do bản chất phản ứng cao của kim loại lithium trong những loại pin này.
Các nhà nghiên cứu đang làm việc để phát triển pin của tương lai. Công việc được thực hiện trong cái gọi là 'hộp găng tay', một môi trường khép kín và trơ, nơi các vật liệu tiếp xúc với ít tác động bên ngoài nhất có thể. Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Henrik Sandsjö
Nghiên cứu mới từ Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển, chỉ ra những vấn đề nằm ở đâu và cách khắc phục chúng bằng cách tạo điện cực kim loại trực tiếp trong cell pin.
Pin lithium-ion là lựa chọn pin phổ biến nhất hiện nay, nhưng trong một xã hội đang phải đối mặt với quá trình điện khí hóa rộng rãi, cần có các công nghệ pin mới có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn trên mỗi trọng lượng hoặc thể tích. Điều này rất quan trọng đối với sự phát triển của ô tô điện có tầm hoạt động xa hơn hoặc máy bay điện cho khoảng cách ngắn hơn.
Do đó, sự chú ý hiện đang chuyển sang pin có điện cực kim loại, trong đó điện cực graphite của pin lithium-ion đã được thay thế bằng kim loại lithium. Ví dụ, pin thể rắn, được coi là một trong những công nghệ sắp tới đầy hứa hẹn nhất, sử dụng điện cực kim loại và cung cấp các cell cung cấp lượng năng lượng lớn hơn so với pin lithium-ion hiện nay.
Tuy nhiên, điện cực kim loại có một vấn đề là kim loại có tính phản ứng, nghĩa là nó dễ phản ứng với môi trường xung quanh và khó tạo ra một pin bền lâu.
Pin kim loại là một trong những lĩnh vực trọng tâm của nhóm nghiên cứu của Giáo sư Aleksandar Matic tại Khoa Vật lý tại Chalmers. Họ là nhóm nghiên cứu đầu tiên sử dụng tia X 3D để theo dõi cách lithium trong pin kim loại lithium hoạt động theo thời gian thực trong quá trình sử dụng. Các thí nghiệm này đã dẫn đến những hiểu biết mới về vấn đề quan trọng phát sinh trong loại pin này—cụ thể là lithium tạo thành 'dendrit' hoặc cấu trúc không đồng đều trong quá trình sạc và xả, theo thời gian sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định và chức năng của pin.
Đây là những hiểu biết mà các nhà nghiên cứu đã tiếp tục xây dựng. Họ trình bày kết quả nghiên cứu của mình về pin kim loại trên Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa , chỉ ra một cách đơn giản để tránh hình thành lớp bề mặt trên điện cực kim loại phản ứng, làm giảm tuổi thọ chu kỳ của pin. Kết quả của họ chỉ ra các chiến lược trong tương lai để làm cho pin kim loại ổn định hơn và an toàn hơn.
Bài báo có tựa đề "Đặc điểm điện hóa của quá trình mạ và tách kali".
Josef Rizell, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Vật lý tại Chalmers, đồng thời là tác giả chính của bài báo gần đây cùng với Aleksandar Matic, cho biết: "Chúng tôi làm việc trong một môi trường rất trơ, nhưng ngay cả ở đó, kim loại vẫn tìm thấy thứ gì đó để phản ứng và một lớp bề mặt được hình thành, ảnh hưởng đến cách kim loại hoạt động trong pin".
"Tuy nhiên, chúng tôi đã thấy rằng những phản ứng này thực sự có thể tránh được bằng những biện pháp rất đơn giản: thay vì xử lý các vật liệu điện cực phản ứng bên ngoài pin, chúng tôi tạo ra điện cực bên trong pin thông qua một quy trình gọi là mạ điện. Điều này cho phép chúng tôi tránh được phản ứng của kim loại phản ứng với môi trường, đây là một lợi thế vì chúng tôi có được điện cực ổn định và có thể dự đoán được hơn."
Tìm kiếm chiến lược đầy hứa hẹn cho hiệu suất pin
"Hiểu biết cơ bản về các quá trình diễn ra trong và xung quanh điện cực của pin—khi chúng ta sạc và xả—là rất quan trọng để phát triển pin tốt hơn trong tương lai. Pin rất phức tạp và nhiều thứ khác nhau xảy ra song song, khiến hệ thống khó phân tích", Josef Rizell cho biết.
"Chúng tôi đã cố gắng cô lập từng phản ứng hoặc quy trình riêng biệt và nghiên cứu cách quy trình cụ thể đó ảnh hưởng đến hoạt động của pin. Mục đích là để hiểu rõ hơn những gì xảy ra ở điện cực kim loại khi chúng tôi sử dụng pin và từ đó tìm ra chiến lược nào hứa hẹn nhất để pin hoạt động tốt hơn."
Nghiên cứu này là một trong nhiều nghiên cứu đang được tiến hành tại Chalmers về pin. Aleksandar Matic là Giám đốc Compel của Chalmers, một sáng kiến của chính phủ.
"Loại nghiên cứu cơ bản này rất quan trọng để mở đường cho các khái niệm và công nghệ pin mới. Nếu không có nó, bạn chỉ có thể thử nghiệm, giống như định hướng mà không cần bản đồ. Đây là nơi chúng ta đặt nền tảng cho những đổi mới trong tương lai góp phần vào sự phát triển bền vững của xã hội. Pin đã là một phần quan trọng của sự phát triển đó và tầm quan trọng của chúng sẽ chỉ tăng lên trong tương lai", Aleksandar Matic cho biết.
Kim loại có thể được sản xuất bằng phương pháp điện hóa thông qua một quá trình gọi là mạ điện. Điện áp đưa các electron đến điện cực và kim loại được hình thành trên bề mặt điện cực thông qua phản ứng của các electron với các ion từ chất điện phân.
Khi pin kim loại được sạc lại, nó sẽ thông qua chính phản ứng này. Quá trình tương tự cũng có thể được sử dụng để sản xuất điện cực kim loại trực tiếp trong cell pin. Bằng cách tạo ra điện cực kim loại bên trong pin, kim loại không bao giờ có cơ hội phản ứng với tạp chất bên ngoài pin và có lớp bề mặt tốt hơn và ổn định hơn.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
