Đột phá trong Công nghệ Pin: Tiến bộ về Pin Lithium-Metal Sạc Nhanh

Đột phá trong Công nghệ Pin: Tiến bộ về Pin Lithium-Metal Sạc Nhanh

    Đột phá trong Công nghệ Pin: Tiến bộ về Pin Lithium-Metal Sạc Nhanh

    Advanced Battery Technology Breakthrough
    Theo một bài báo gần đây đăng trên tạp chí Nature Energy, một nhóm các kỹ sư đã đạt được bước tiến đáng kể trong việc phát triển pin lithium-metal sạc nhanh. Những loại pin này có khả năng sạc chỉ trong vòng một giờ, nhờ sự phát triển của các tinh thể kim loại lithium đồng nhất có thể được gieo nhanh chóng trên một bề mặt đáng kinh ngạc. Công nghệ tiên tiến này hứa hẹn rất nhiều cho tương lai của việc lưu trữ năng lượng.

    Trong một bài báo Năng lượng Nature mới, các kỹ sư báo cáo tiến độ đối với pin kim loại lithium sạc nhanh - nhanh như một giờ. Khả năng sạc nhanh này là nhờ các tinh thể kim loại lithium có thể được gieo hạt và phát triển – nhanh chóng và đồng đều – trên một bề mặt đáng ngạc nhiên. Bí quyết là sử dụng một bề mặt phát triển tinh thể mà lithium chính thức không “thích”. Từ những mầm tinh thể này phát triển thành những lớp kim loại liti đồng nhất dày đặc. Các lớp kim loại lithium đồng nhất rất được các nhà nghiên cứu về pin quan tâm vì chúng không có các gai làm suy giảm hiệu suất của pin được gọi là đuôi gai. Sự hình thành của các đuôi gai này trong cực dương của pin là rào cản lâu dài đối với pin lithium-metal cực kỳ đậm đặc năng lượng sạc nhanh.

    Phương pháp mới này, do các kỹ sư của Đại học California San Diego dẫn đầu, cho phép sạc pin lithium-metal trong khoảng một giờ, tốc độ có thể cạnh tranh với pin lithium-ion ngày nay. Các kỹ sư của UC San Diego, phối hợp với các nhà nghiên cứu hình ảnh của UC Irvine, đã công bố tiến bộ này nhằm phát triển pin kim loại lithium sạc nhanh vào ngày hôm nay (ngày 9 tháng 2 năm 2023) trên tạp chí Nature Energy.

    Uniform Crystals of Lithium Metal

    Trong ảnh SEM này, các tinh thể kim loại liti lớn, đồng nhất phát triển trên một bề mặt gây ngạc nhiên vì nó không “giống” liti. Các nhà nghiên cứu về pin của UC San Diego đã phát hiện ra rằng các tinh thể kim loại lithium có thể được bắt đầu (tạo nhân) và phát triển nhanh chóng và đồng đều thành các lớp kim loại lithium dày đặc không có đuôi gai làm suy giảm hiệu suất. Trong một bài báo về Năng lượng Tự nhiên được xuất bản vào ngày 9 tháng 2 năm 2023, các nhà nghiên cứu về pin của UC San Diego đã chỉ ra rằng sự hình thành hạt tinh thể lithium bất ngờ này dẫn đến các lớp lithium dày đặc ngay cả ở tốc độ sạc cao, dẫn đến pin kim loại lithium có tuổi thọ cao. mà cũng có thể được sạc nhanh. Phát hiện này đã khắc phục được hiện tượng phổ biến ở pin kim loại lithium có thể sạc lại, trong đó việc sạc tốc độ cao luôn dẫn đến lithium xốp và vòng đời ngắn. Bằng cách thay thế các bề mặt đồng phổ biến ở cực âm (cực dương) của pin kim loại lithium bằng bề mặt kỵ nước làm từ lithium florua và sắt này, các nhà nghiên cứu đã mở ra một con đường mới để tạo ra kim loại lithium đáng tin cậy hơn, an toàn hơn, hiệu suất cao hơn. pin. Tín dụng: Zhaohui Wu và Zeyu Hui / UC San Diego

    Để phát triển các tinh thể kim loại liti, các nhà nghiên cứu đã thay thế các bề mặt đồng phổ biến ở cực âm (cực dương) của pin kim loại liti bằng một bề mặt vật liệu tổng hợp nano kỵ nước làm từ liti florua (LiF) và sắt (Fe). Sử dụng bề mặt kỵ nước này để lắng đọng lithium, các hạt tinh thể lithium được hình thành và từ những hạt này phát triển các lớp lithium dày đặc – ngay cả ở tốc độ sạc cao. Kết quả là pin lithium-metal có vòng đời dài và có thể sạc nhanh.

    Ping Liu, giáo sư kỹ thuật nano của UC San Diego, tác giả chính của bài báo mới cho biết: “Bề mặt nanocompozit đặc biệt là một khám phá. “Chúng tôi thách thức quan niệm truyền thống về loại bề mặt cần thiết để phát triển tinh thể lithium. Sự khôn ngoan phổ biến là lithium phát triển tốt hơn trên các bề mặt mà nó thích, các bề mặt ưa nước. Trong công việc này, chúng tôi chỉ ra rằng điều đó không phải lúc nào cũng đúng. Chất nền chúng tôi sử dụng không thích lithium. Tuy nhiên, nó cung cấp nhiều vị trí tạo mầm cùng với sự di chuyển nhanh của lithium trên bề mặt. Hai yếu tố này dẫn đến sự phát triển của những tinh thể tuyệt đẹp này. Đây là một ví dụ hay về sự hiểu biết khoa học để giải quyết một vấn đề kỹ thuật.”

    Hình ảnh Cryo-TEM của một tinh thể đơn kim loại lithium được gieo trên một bề mặt nanocompozit lithiophoboic đáng ngạc nhiên làm từ lithium florua và sắt. Tinh thể lithium có hình dạng lưỡng cực hình lục giác. Trong một bài báo về Năng lượng Tự nhiên được xuất bản vào ngày 9 tháng 2 năm 2023, các nhà nghiên cứu của UC San Diego và UC Irvine đã chỉ ra rằng sự hình thành bất ngờ này của các hạt tinh thể liti dẫn đến các lớp liti dày đặc ngay cả ở tốc độ sạc cao, dẫn đến vòng đời dài của liti- pin kim loại cũng có thể được sạc nhanh. Phát hiện này đã khắc phục được hiện tượng phổ biến ở pin kim loại lithium có thể sạc lại, trong đó việc sạc tốc độ cao luôn dẫn đến lithium xốp và vòng đời ngắn. Bằng cách thay thế các bề mặt đồng phổ biến ở cực âm (cực dương) của pin lithium-metal bằng bề mặt kỵ nước làm từ lithium florua và sắt này, các nhà nghiên cứu đã mở ra một con đường mới để tạo ra các loại pin lithium-metal đáng tin cậy hơn, an toàn hơn, hiệu suất cao hơn. . Tín dụng: Chunyang Wang và Huolin Xin / UC Irvine

    Bước tiến mới do UC San Diego nano dẫn đầu 

    các kỹ sư có thể loại bỏ rào cản đáng kể đang cản trở việc sử dụng rộng rãi pin kim loại lithium đậm đặc năng lượng cho các ứng dụng như xe điện (EV) và thiết bị điện tử cầm tay. Mặc dù pin lithium-metal có tiềm năng lớn đối với xe điện và thiết bị điện tử cầm tay do mật độ sạc cao, nhưng pin lithium-metal ngày nay phải được sạc cực chậm để duy trì hiệu suất của pin và tránh các vấn đề về an toàn. Việc sạc chậm là cần thiết để giảm thiểu sự hình thành các đuôi gai lithium phá hủy hiệu suất pin hình thành khi các ion lithium kết hợp với các electron để tạo thành các tinh thể lithium ở phía cực dương của pin. Các tinh thể liti tích tụ khi pin sạc và các tinh thể liti tan ra khi pin xả.

    Tham khảo: “Trồng hạt đơn tinh thể trên đế thạch cao để kích hoạt pin kim loại lithium sạc nhanh” của Zhaohui Wu, Zeyu Hui, Haodong Liu, Shen Wang, Sicen Yu, Xing Xing, John Holoubek, Qiushi Miao Ping Liu, Chunyang Wang và Huolin L. Xin, ngày 9 tháng 2 năm 2023, Nature Energy.
    DOI: 10.1038/s41560-023-01202-1

    Ping Liu là giám đốc của Trung tâm Năng lượng và Năng lượng Bền vững (SPEC) tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs, nơi ông cũng là giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Nano.

    Zalo
    Hotline