Chụp cắt lớp cho thấy tiềm năng cao của pin trạng thái rắn đồng sunfua
bởi Hiệp hội các trung tâm nghiên cứu Đức của Helmholtz
Tái tạo 3D quá trình hình thành tinh thể đồng trong hạt đồng sunfua (CuS) trong quá trình phóng điện của pin thể rắn lithium CuS. Sự giãn nở thể tích có thể dẫn đến sự hình thành các vết nứt (màu xanh). Ảnh: K. Đồng / HZB
Pin thể rắn (SSB) hiện được coi là công nghệ pin đầy hứa hẹn của tương lai. So với pin lithium-ion hiện tại, được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính xách tay và xe điện, SSB có thể đạt được mật độ năng lượng cao hơn và an toàn hơn. Ngoài các viện nghiên cứu, tất cả các công ty ô tô lớn cũng đang nghiên cứu công nghệ này.
Đặc điểm chính của công nghệ là chất điện phân lỏng dễ cháy của pin lithium-ion được thay thế bằng chất rắn. Do đó, toàn bộ pin chỉ bao gồm "vật liệu rắn", do đó có tên là pin trạng thái rắn. Để sản xuất một loại pin như vậy, các vật liệu khác nhau (cực dương, cực âm và chất điện phân) phải được ép lại với nhau dưới áp suất cao.
Các nhà nghiên cứu từ Helmholtz-Zentrum Berlin và Hereon, Humboldt-Universität zu Berlin và Viện Nghiên cứu và Thử nghiệm Vật liệu Liên bang hiện đã thành công trong việc quan sát các quá trình bên trong pin thể rắn như vậy trong quá trình sạc và xả. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Philipp Adelhelm và Tiến sĩ Ingo Manke dẫn đầu đã nghiên cứu hoạt động của đồng sunfua, một khoáng chất tự nhiên, làm cực âm trong pin thể rắn. Lithium đã được sử dụng làm cực dương. Một tính năng đặc biệt của pin là các tinh thể đồng lớn hình thành trong quá trình xả.
Sự hình thành các tinh thể lớn cho phép điều tra chi tiết phản ứng bằng phương pháp chụp cắt lớp tia X. Do đó, phản ứng (không) điện tích có thể được theo dõi ở dạng 3D và lần đầu tiên có thể theo dõi chuyển động của các hạt catốt trong pin. Ngoài ra, người ta đã chứng minh rằng có thể giảm nứt một cách hiệu quả bằng áp suất cao hơn.
"Đối với các phép đo phức tạp, chúng tôi phải thực hiện một số thỏa hiệp và thực hiện nhiều thí nghiệm tham khảo", Tiến sĩ Zhenggang Zhang và Tiến sĩ Kang Dong, đồng tác giả đầu tiên của ấn phẩm giải thích. "Tuy nhiên, kết quả cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động bên trong của pin thể rắn và chỉ ra cách có thể cải thiện các đặc tính của nó."
Nghiên cứu đã được xuất bản trong Advanced Energy Materials.
