Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm kiếm giải pháp thay thế pin lithium-ion đã chuyển sự chú ý sang pin kali-ion. Kali là một nguồn tài nguyên dồi dào và công nghệ hoạt động gần giống như pin lithium-ion, nhưng loại pin này chưa được phát triển ở quy mô lớn vì bán kính ion gây ra vấn đề trong việc lưu trữ năng lượng và hiệu suất điện hóa không đạt tiêu chuẩn.
Đồ họa này bao gồm một sơ đồ thể hiện cấu trúc của các quả cầu ống nano NiCo 2 Se 4 đã được sử dụng để tạo ra cực dương cho pin kali-ion. Nó cũng bao gồm một biểu đồ cho thấy hiệu suất được cải thiện của pin kali-ion được chế tạo bằng các quả cầu ống nano NiCo 2 Se 4 . Nguồn: Vật liệu và Thiết bị Năng lượng (2023). DOI: 10.26599/EMD.2023.9370001
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang xem xét NiCo 2 Se 4 , một selenua lưỡng kim, để tạo ra các điện cực hình cầu. Các quả cầu được chế tạo bằng ống nano NiCo 2 Se 4 , giúp cải thiện khả năng phản ứng điện hóa để truyền và lưu trữ các ion kali nhanh hơn.
Nghiên cứu được trình bày trong một bài báo đăng trên tạp chí Vật liệu và Thiết bị Năng lượng vào ngày 14 tháng 9.
"Selenua lưỡng kim kết hợp các đặc tính cải thiện của hai kim loại, phối hợp với nhau bằng cách thể hiện các vị trí phản ứng oxi hóa khử phong phú và hoạt động điện hóa cao. Một selenua lưỡng kim, NiCo 2 Se 4 , trước đây đã được nghiên cứu để lưu trữ natri, siêu tụ điện và chất điện phân và cho thấy tiềm năng đáng kể về kali lưu trữ ion
Mingyue Wang, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật về Lưu trữ Năng lượng, cho biết: “Bằng cách tổng hợp NiCo 2 Se 4 bằng quy trình thủy nhiệt hai bước, cấu trúc ống nano với các cụm giống như bông hoa sẽ phát triển, tạo ra các kênh thuận tiện cho việc chuyển ion/ electron kali ” . Vật liệu và Thiết bị tại Đại học Giao thông Tây An ở Tây An, Trung Quốc.
Ban đầu, các quả cầu tiền chất Ni-Co với các kim nano rắn được chuẩn bị. Những quả cầu này có cấu trúc tinh thể được xác định rõ ràng, sau đó được tiếp xúc với selenua trong một quá trình gọi là selen hóa. Quá trình này đưa selen vào tiền chất Ni-Co, phát triển lớp vỏ ống nano NiCo 2 Se 4 .
Các ống rỗng hình thành do một hiện tượng gọi là hiệu ứng Kirkendall, xảy ra khi hai kim loại chuyển động do sự khác biệt về tốc độ khuếch tán của các nguyên tử của chúng. Những ống nano này rộng khoảng 35 nanomet, tạo đủ không gian cho các ion kali và electron di chuyển.
Thông qua nhiều thử nghiệm và phân tích khác nhau, các nhà nghiên cứu đã có thể xác nhận xem cực dương NiCo 2 Se 4 có thể di chuyển và lưu trữ các ion và electron kali tốt đến mức nào. Họ phát hiện ra rằng NiCo 2 Se 4 có nhiều vị trí hoạt động hơn các vật liệu điện cực khác, có các phần tử phân bố đồng đều và hoạt động tốt hơn các điện cực khác đã được thử nghiệm trong quá trình nghiên cứu.
"Điện cực ống nano NiCo 2 Se 4 cho thấy hiệu suất điện hóa tốt hơn nhiều về độ ổn định chu kỳ và khả năng tốc độ so với các điện cực được thử nghiệm khác, bao gồm Ni 3 Se 4 và Co 3 Se 4. Điều này là do cấu trúc ống nano độc đáo của NiCo 2 Se 4 và sức mạnh tổng hợp được mang lại bởi sự hiện diện đồng thời của hai kim loại,” Wang nói.
Các đối tác đơn kim này, Ni 3 Se 4 và Co 3 Se 4 , không thành công như NiCo 2 Se 4 lưỡng kim , đơn giản là do cách hai kim loại (Ni và Co) tương tác với nhau. NiCo 2 Se 4 cũng có công suất cao hơn, rất có lợi cho việc duy trì độ ổn định theo chu kỳ và hiệu suất tốc độ cao.
Wang cho biết: “Công trình này cung cấp những hiểu biết mới về thiết kế selenua kim loại nhị phân có cấu trúc micro/nano làm cực dương cho pin kali-ion với hiệu suất lưu trữ ion kali vượt trội”.
