Dải lithium siêu mỏng hứa hẹn trở thành vật liệu cực dương cho pin lithium ion nâng cao
của Tổ chức Khoa học và Công nghệ Hạt nhân Australia (ANSTO)
Tính chất cơ học của dải Li@ZDDP. Sơ đồ nguyên lý của chế độ tải theo chu kỳ cho thử nghiệm thụt nano. b So sánh mô đun đàn hồi giữa kim loại Li trần và màng Li @ZDDP bằng các phép đo vết lõm nano. c So sánh độ cứng giữa kim loại Li trần và màng Li @ZDDP bằng các phép đo vết lõm nano. d Bản vẽ kích thước của mẫu bị kéo căng. e Đường cong biến dạng ứng suất thực của Li và Li@ZDDP: 50 μm Li, 50 μm Li@ZDDP và 15 μm Li@ZDDP. f Ảnh SEM của lá lithium mỏng nhất (dày 5 μm) được cán vượt quá độ chính xác của máy nghiền. g Hình ảnh máy ảnh kỹ thuật số của giấy bạc Li @ZDDP siêu mỏng được chế tạo có kích thước centimet (dày 15 μm) và thử nghiệm lạm dụng. Nhà cung cấp: Truyền thông Tự nhiên (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41514-0
Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học từ Đại học Central South, Trường Sa, Hồ Nam, Trung Quốc dẫn đầu, đã sử dụng Synchrotron của Úc để phát triển một chiến lược mới nhằm sản xuất có thể mở rộng các cực dương lithium hiệu suất cao, mỏng và đứng tự do cho pin lithium-ion với tăng cường độ ổn định chu kỳ và tính chất điện hóa.
Công việc này được thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về pin lithium-ion hiệu suất cao. Về mặt lý thuyết, kim loại lithium trạng thái rắn có mật độ năng lượng cao và công suất cao, khiến nó trở thành sự thay thế lý tưởng cho cực dương than chì truyền thống.
Trong một bài báo xuất bản trong Nature Communications, nhóm nghiên cứu đã báo cáo rằng chất phụ gia kẽm đặc biệt dialkyl dithiophosphate (ZDDP) đã nâng cao hiệu suất của các dải kim loại lithium mỏng.
Nghiên cứu đã chứng minh rằng chất phụ gia làm tăng độ cứng ở bề mặt tiếp xúc, ngăn chặn sự suy giảm cấu trúc (sự phát triển của đuôi gai lithium), kiểm soát sự lắng đọng của lithium trong quá trình mạ/tước và cực dương lithium có thể được mạ và tước nhanh hơn các vật liệu khác.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các dải lithium mỏng có độ dày từ 5 đến 50 micromet, có độ bền cơ học, hiệu suất điện hóa tốt hơn và độ ổn định đạp xe ấn tượng so với các dải lithium chưa được xử lý.
Tuổi thọ chu kỳ lên tới 2.800 giờ được duy trì ngay cả ở công suất diện tích cao. Ngoài ra, một tế bào đối xứng dựa trên dải lithium siêu mỏng có độ dày 15 micromet có tuổi thọ hơn 800 giờ.
Nghiên cứu cũng bao gồm cấu hình pin đầy đủ sử dụng lithium được phủ LiFePO4(LFP) và ZDDP, cho thấy tuổi thọ chu trình tuyệt vời với khả năng duy trì công suất trên 83,2% sau 350 chu kỳ. Để so sánh, một tế bào không có ZDDP sẽ bị suy thoái nhanh chóng.
Các đặc tính điện hóa được cải thiện của cực dương lithium được phủ ZDDP là do việc tạo ra lớp giao diện điện phân rắn nhân tạo (SEI) có độ bền cao với ái lực cao với lithium.
Nhà khoa học về thiết bị, Tiến sĩ Bernt Johannessen cho biết đây là một ví dụ về công trình đổi mới trong việc phát triển lithium siêu mỏng, chỉ dày vài micron được sản xuất cho pin thể rắn.
Trong nghiên cứu này, một loại dầu gốc kẽm đã được phát triển và sử dụng trong quá trình sản xuất, trong đó lithium được cán ra ngày càng mỏng hơn, tương tự như cách bạn cán bột qua máy làm mì ống.
Các mẫu được gửi đến synchrotron qua đường bưu điện và Tiến sĩ Johannessen đã tiến hành các phép đo cực dương lithium bằng cách sử dụng chùm tia quang phổ hấp thụ tia X. Điều này đã được chứng minh là đặc biệt hữu ích trong việc nghiên cứu các vật liệu năng lượng và xúc tác.
Nhiều đến mức Beamline đã tạo ra số lượng ấn phẩm gần gấp đôi cho đến năm 2023 so với năm trước.
Tiến sĩ Johannessen cho biết: “Về lưu ý đó, chúng tôi nợ cộng đồng người dùng của mình một lời cảm ơn; họ đang làm việc rất hiệu quả và tận dụng tối đa những phát triển gần đây, chẳng hạn như kỹ thuật quét nhanh, ở đường truyền tia”.
