Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp điện tử và hỗ trợ triển khai rộng rãi xe điện, các nhà nghiên cứu sẽ cần phát triển các công nghệ pin ngày càng tiên tiến và hiệu suất cao. Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để nâng cao hiệu suất của pin lithium-ion (LiB) đòi hỏi phải sử dụng các lớp oxit giàu niken (Ni) làm vật liệu catốt.
Nguyên lý thiết kế và cấu trúc của lớp phủ hỗ trợ entropy epiticular. a, Sơ đồ minh họa thiết kế bề mặt được hỗ trợ entropy cho cực âm Ni siêu cao. Sự biến đổi pha định hướng theo hướng đính kèm dưới trạng thái cân bằng nhiệt của các tinh thể nano Wadsley–Roth và cấu trúc phân lớp có thể tạo ra sự hình thành lớp phủ được hỗ trợ entropy epiticular trên bề mặt NCM, đạt được khả năng chống ăn mòn và chống nứt cực âm tốt khi vận chuyển ion nhanh. b, HEXRD tại chỗ trong quá trình nung Ni90 (L), nanoNb 12 WO 33 (WR) và nano-ZrO 2 (ZrO2) với tỷ lệ trọng lượng bằng nhau. Hộp nét đứt màu hồng biểu thị giai đoạn lớp nguyên sơ. Hộp nét đứt màu trắng biểu thị các đỉnh mới đang nổi lên. c, HAADF–TEM và ánh xạ phần tử EDS tương ứng của EEC–Ni90. d, Ảnh TEM độ phân giải cao và các mẫu biến đổi Fourier nhanh của vùng được chọn i (màu đỏ) và ii (màu cam). Lớp bên ngoài lớp EEC là Au nhằm mục đích bảo vệ mẫu trong quá trình chuẩn bị mẫu TEM chùm ion tập trung. Nguồn: Năng lượng thiên nhiên (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01465-2
Những cực âm giàu Ni này có thể có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như tăng dung lượng của pin, cải thiện khả năng tốc độ và giảm chi phí chế tạo tổng thể. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho đến nay cũng đã nêu rõ những hạn chế của chúng, từ suy giảm công suất và mất ổn định cấu trúc trong quá trình sạc nhanh và đạp xe trong thời gian dài.
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne và các viện nghiên cứu khác trên toàn thế giới gần đây đã giới thiệu một chiến lược có thể cải thiện độ ổn định cấu trúc và độ tin cậy của cực âm Ni siêu cao. Chiến lược này, được nêu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, đòi hỏi phải sử dụng lớp phủ oxit hỗ trợ entropy epiticular để ngăn chặn sự lan truyền biến dạng, quá trình thường làm suy giảm cấu trúc của cực âm trong quá trình sạc nhanh pin và đạp xe kéo dài.
Chen Zhao, Chuanwei Wang và các cộng tác viên của họ viết trong bài báo: “Tái tạo bề mặt và sự lan truyền biến dạng nghiêm trọng liên quan từ lâu đã được coi là nguyên nhân chính gây ra hỏng cực âm trong quá trình sạc nhanh và đạp xe trong thời gian dài”. "Bất chấp những nỗ lực to lớn, không có chiến lược nào được biết đến có thể giải quyết đồng thời sự mất ổn định về cơ-điện mà không phải hy sinh mật độ năng lượng và năng lượng.
"Chúng tôi báo cáo chiến lược lớp phủ được hỗ trợ entropy epiticular cho cực âm Ni LiNixCoyMn1−x−yO2 (x ≥ 0,9) siêu cao thông qua phản ứng định hướng gắn kết giữa các oxit dựa trên pha Wadsley–Roth và cực âm oxit phân lớp."
Về cơ bản, Zhao, Wang và các đồng nghiệp của họ đã thiết kế một lớp phủ oxit chuyên dụng phù hợp với cấu trúc của cực âm giàu Ni. Ngoài việc tăng cường độ bền của bề mặt vật liệu catốt, các lớp phủ này có thể tăng cường độ dẫn ion, từ đó hỗ trợ sạc pin nhanh.
Lớp phủ của nhóm nghiên cứu dựa trên các pha cắt tinh thể Wadsley-Roth, một loại hợp chất đã được phát hiện là có tác dụng tăng hiệu suất của các điện cực trong LiB. Đáng chú ý, các hợp chất này được phát hiện là bám dính tốt hơn với các cực âm giàu Ni, tăng cường độ ổn định cấu trúc của chúng trong quá trình hoạt động. hoạt động kéo dài và sạc nhanh.
Zhao, Wang cho biết: “Khả năng chống nứt và chống ăn mòn cao cũng như sự vận chuyển ion nhanh của bề mặt được hỗ trợ entropy đã cải thiện hiệu quả khả năng sạc/xả nhanh, khả năng chịu nhiệt độ rộng và độ ổn định nhiệt của cực âm Ni siêu cao”. và đồng nghiệp của họ đã viết.
"Phân tích toàn diện từ cấp độ hạt sơ cấp và thứ cấp đến cấp độ điện cực bằng cách sử dụng đầu dò tia X synchrotron tại chỗ đa quy mô cho thấy sự sai lệch mạng tinh thể giảm đáng kể, biến dạng mạng dị hướng và giải phóng oxy cũng như cải thiện độ ổn định cấu trúc khối/cục bộ, ngay cả khi sạc vượt quá trạng thái ngưỡng điện tích (75%) của cực âm phân lớp."
Các nhà nghiên cứu đã đánh giá chiến lược phủ được đề xuất của họ trong một loạt thí nghiệm, trong đó họ phủ các cực âm nhiều lớp giàu Ni và sau đó kiểm tra hiệu suất của chúng theo thời gian và trong các điều kiện khác nhau. Phát hiện của họ rất hứa hẹn vì phương pháp của họ làm giảm đáng kể thiệt hại đối với cực âm, ngay cả khi sạc nhanh và sau nhiều chu kỳ hoạt động.
Các nhà nghiên cứu kết luận trong bài báo của họ: “Chúng tôi hy vọng rằng chiến lược lớp phủ được hỗ trợ entropy epiticular như vậy sẽ mở ra các cơ hội kỹ thuật bề mặt để thiết kế và phát triển LiB năng lượng cao và công suất cao và hơn thế nữa”.
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/@PacificGroupCoLtd
