Công nghệ pin mang tính cách mạng hứa hẹn thời gian sạc ít hơn, lưu trữ nhiều năng lượng hơn
Pin lithium-ion có thể sạc lại đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng, nhưng các điện cực oxit nhiều lớp của chúng trở nên không ổn định trong quá trình sạc, làm giảm tuổi thọ của chúng. Bằng cách đưa chất rối loạn tầm ngắn hóa học vào vật liệu điện cực, các nhà nghiên cứu đã cải thiện độ ổn định của cấu trúc, dẫn đến tuổi thọ chu kỳ dài hơn và thời gian sạc ngắn hơn.
Điều gì quyết định tuổi thọ của pin? Và quan trọng hơn, làm thế nào chúng ta có thể mở rộng nó? Một nhóm nghiên cứu quốc tế do TU Delft dẫn đầu đã phát hiện ra rằng sự rối loạn cục bộ trong vật liệu cực âm oxit làm tăng số lần sạc và xả pin Li-ion. Kết quả của họ đã được công bố trên tạp chí Nature.
Điện cực không ổn định
Pin sạc là thành phần quan trọng của quá trình chuyển đổi năng lượng, đặc biệt là hiện nay ngày càng có nhiều năng lượng tái tạo. Trong số rất nhiều loại pin sạc, pin Li-ion là một trong những loại pin mạnh nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Để kết nối chúng bằng điện, các lớp oxit thường được sử dụng làm điện cực. Tuy nhiên, cấu trúc nguyên tử của chúng trở nên không ổn định khi pin được sạc. Điều này cuối cùng ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin.
Rối loạn cục bộ
Để giải quyết vấn đề này, nhóm ‘Lưu trữ năng lượng điện hóa’ tại TU Delft đã hợp tác với các nhà nghiên cứu quốc tế. Tác giả chính của bài báo, Qidi Wang: “Các lớp oxit được sử dụng làm vật liệu cực âm cho pin Li-ion được sắp xếp gọn gàng. Chúng tôi đã tiến hành một nghiên cứu thiết kế cấu trúc để đưa chất rối loạn tầm ngắn hóa học vào vật liệu này thông qua phương pháp tổng hợp cải tiến. Kết quả là nó trở nên ổn định hơn trong quá trình sử dụng pin.”
Độ ổn định về cấu trúc được cải thiện gần như tăng gấp đôi khả năng duy trì dung lượng của pin sau 200 chu kỳ sạc/xả. Nguồn: Ảnh của Roy Borghouts
Tuổi thọ dài hơn, thời gian sạc ngắn hơn
Độ ổn định về cấu trúc được cải thiện gần như tăng gấp đôi khả năng duy trì dung lượng của pin sau 200 chu kỳ sạc/xả. Ngoài ra, sự rối loạn tầm ngắn hóa học này làm tăng sự truyền điện tích trong điện cực, dẫn đến thời gian sạc ngắn hơn. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh những ưu điểm này đối với các cực âm thương mại lâu đời như oxit coban lithium (LiCoO2) và oxit coban mangan lithium niken (NMC811).
Vật liệu quan trọng
Kết quả có thể dẫn đến một thế hệ pin Li-ion mới với chi phí sản xuất thấp hơn và lượng khí thải CO2 trên mỗi đơn vị năng lượng được lưu trữ trong suốt vòng đời của pin nhỏ hơn. Tiếp theo, nhóm sẽ nghiên cứu xem liệu có thể sử dụng các nguyên tắc thiết kế vật liệu tương tự để chế tạo cực âm từ những nguyên liệu thô ít khan hiếm hơn hay không. Marnix Wagemaker, tác giả cấp cao của bài báo, cho biết: “Cả coban và niken đều được coi là vật liệu quan trọng đối với công nghệ năng lượng và sẽ là một điều tốt nếu giảm việc sử dụng những vật liệu này trong pin”.
Tham khảo: “Rối loạn hóa học tầm ngắn trong cực âm oxit lithium” của Qidi Wang, Zhenpeng Yao, Jianlin Wang, Hao Guo, Chao Li, Dong Zhou, Xuedong Bai, Hong Li, Baohua Li, Marnix Wagemaker và Chenglong Zhao, ngày 8 tháng 5 năm 2024 , Thiên nhiên.
DOI: 10.1038/s41586-024-07362-8
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
