Từ xe điện đến tai nghe không dây, pin lithium-ion truyền thống cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta vì chúng sạc nhanh và lưu trữ nhiều năng lượng. Tuy nhiên, chúng dựa vào một dung dịch được gọi là chất điện phân lỏng, có thể bắt lửa nếu bị hỏng hoặc quá nóng.
Tín dụng: Advanced Energy Materials (2024). DOI: 10.1002/aenm.202403904
Các nhà nghiên cứu của Đại học Missouri có thể có giải pháp. Trợ lý Giáo sư Matthias Young và nhóm nghiên cứu đang tìm cách sử dụng chất điện phân rắn thay vì chất lỏng hoặc gel để chế tạo pin thể rắn, an toàn hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. "Hiểu về quá trình hình thành pha điện phân catốt trong pin Li-Ion thể rắn thông qua 4D-STEM" đã được công bố trên Advanced Energy Materials.
"Khi chất điện phân rắn chạm vào cực âm, nó phản ứng và tạo thành một lớp xen kẽ dày khoảng 100 nanomet—nhỏ hơn 1.000 lần so với chiều rộng của một sợi tóc người", Young, người có các cuộc hẹn chung tại Cao đẳng Kỹ thuật và Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học của Mizzou, cho biết. "Lớp này ngăn chặn các ion lithium và electron di chuyển dễ dàng, làm tăng điện trở và làm giảm hiệu suất của pin".
Việc hiểu được vấn đề này liên quan đến pin thể rắn và cách khắc phục đã khiến các nhà khoa học đau đầu trong hơn một thập kỷ.
Nhóm của Young đã giải quyết vấn đề bằng cách hiểu rõ hơn nguyên nhân gốc rễ.
Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua quét bốn chiều (4D STEM), các nhà nghiên cứu đã kiểm tra cấu trúc nguyên tử của pin mà không cần tháo rời nó—một bước đột phá cho lĩnh vực này. Quy trình mới lạ này cho phép họ có được hiểu biết cơ bản về các phản ứng hóa học xảy ra bên trong pin, cuối cùng xác định rằng lớp xen kẽ là thủ phạm.
Một giải pháp tiềm năng
Phòng thí nghiệm của Young chuyên về màng mỏng được hình thành bằng quá trình lắng đọng pha hơi được gọi là lắng đọng lớp phân tử oxy hóa (oMLD). Hiện tại, ông có kế hoạch thử nghiệm xem vật liệu màng mỏng trong phòng thí nghiệm của mình có thể tạo thành lớp phủ bảo vệ để ngăn chất điện phân rắn và vật liệu catốt phản ứng với nhau hay không.
"Các lớp phủ cần phải đủ mỏng để ngăn chặn phản ứng nhưng không quá dày đến mức chặn dòng chảy lithium-ion", ông nói. "Chúng tôi muốn duy trì các đặc tính hiệu suất cao của chất điện phân rắn và vật liệu catốt. Mục tiêu của chúng tôi là sử dụng các vật liệu này cùng nhau mà không làm giảm hiệu suất của chúng vì mục đích tương thích".
Phương pháp được thiết kế cẩn thận ở cấp độ nano này sẽ giúp đảm bảo các vật liệu này hoạt động liền mạch với nhau, giúp pin thể rắn tiến gần hơn đến hiện thực.
Các đồng tác giả của nghiên cứu là Nikhila C. Paranamana, Andreas Werbrouck, Amit K. Datta và Xiaoqing He tại Mizzou.
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
