Pin toàn thể rắn (ASSB)—công nghệ pin với điện cực rắn và chất điện phân rắn—đã trở thành trọng tâm trong ngày càng nhiều nghiên cứu. Điều này chủ yếu là do chúng có thể hoạt động tốt hơn đáng kể so với pin sử dụng chất điện phân lỏng hoặc gốc polymer cả về độ an toàn và mật độ năng lượng.
Sơ đồ minh họa cơ chế của cực dương Si, LiSi và LiSH46 trong ASSB. Tín dụng: Yan và cộng sự.
Một trong những sự kết hợp vật liệu rắn hứa hẹn nhất cho ASSB là chất điện phân rắn sunfua và cực dương kim loại lithium (Li). Tuy nhiên, trong khi hoạt động, cực dương kim loại Li có thể nhanh chóng mất công suất và ngừng hoạt động bình thường do sự phát triển của đuôi gai và các phản ứng hóa học bề mặt.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Lưu trữ Năng lượng Tiên tiến Hồ Tianmu, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và các viện nghiên cứu khác ở Trung Quốc gần đây đã tạo ra các cực dương Li–Si mới có thể giúp cải thiện hiệu suất của ASSB, giảm nguy cơ hỏng hóc. Những cực dương này, được giới thiệu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy , có thể ngăn chặn sự phát triển của sợi nhánh lithium, ổn định chu kỳ pin về lâu dài.
Wenlin Yan, Zhenliang Mu và các đồng nghiệp của họ viết trong bài báo: “ASSB với cực dương kim loại Li hoặc cực dương Si là những ứng cử viên đầy hứa hẹn để đạt được mật độ năng lượng cao và cải thiện độ an toàn, nhưng chúng gặp phải sự tăng trưởng dendrite lithium không mong muốn hoặc giãn nở thể tích rất lớn”. .
"Chúng tôi tổng hợp cực dương hợp kim Li–Si ổn định bằng carbon cứng , trong đó quá trình thiêu kết Si dẫn đến sự biến đổi các hạt micromet thành liên tục dày đặc. Mạng dẫn ion-điện tử 3D bao gồm các pha giàu Li có thể biến dạng dẻo (Li 15 Si 4 và LiC 6 ) giúp mở rộng diện tích hoạt động và giảm nồng độ ứng suất được tạo ra ở cực dương, giúp cải thiện động học điện cực và độ ổn định cơ học."
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra cực dương của họ thông qua phản ứng đơn giản do áp suất tạo ra giữa màng chứa Si và lá Li. Sau đó, họ kiểm tra hiệu suất của nó trong một loạt mô phỏng và thí nghiệm, tích hợp chúng vào các tế bào với một trong hai cực âm khác nhau, cũng như chất điện phân dựa trên Li 6 PS 5 Cl.
Yan, Mu và các đồng nghiệp của họ: “Với cực dương Li–Si được ổn định bằng carbon cứng, các tế bào hoàn chỉnh sử dụng cực âm LiCoO 2 hoặc LiNi 0,8 Co 0,1 Mn 0,1 O 2 và chất điện phân Li 6 PS 5 Cl đạt được khả năng tốc độ thuận lợi và độ ổn định chu kỳ”. đã viết.
"Đặc biệt, ASSB với LiNi 0,8 Co 0,1 Mn 0,1 O 2 ở mức tải cao 5,86 mAh cm -2 cung cấp 5.000 chu kỳ ở 1 C (5,86 mA cm -2 ), chứng tỏ tiềm năng sử dụng Li– ổn định bằng carbon cứng Cực dương hợp kim Si cho các ứng dụng thực tế của ASSB."
Trong các thử nghiệm ban đầu, cực dương Li–Si ổn định bằng carbon do nhóm nghiên cứu này tạo ra dường như hoạt động rất tốt, ngăn chặn hiệu quả sự phát triển của đuôi gai và cải thiện mật độ dòng điện của ASSB. So với các cực dương làm từ vật liệu rắn khác được giới thiệu trước đây, nó cũng có thể ổn định hơn và đạt được hiệu suất điện hóa tốt hơn.
Trong tương lai, nghiên cứu gần đây này và cực dương mới mà nghiên cứu này giới thiệu có thể truyền cảm hứng cho việc tạo ra các thành phần có triển vọng và hiệu suất cao khác cho ASSB. Nói chung, những nỗ lực nghiên cứu này có thể góp phần thương mại hóa ASSB, điều này có thể có ý nghĩa quan trọng đối với việc triển khai quy mô lớn xe điện và các công nghệ tiên tiến khác.
