Kỹ thuật màng khô mới được phát triển cho pin thể rắn sunfua
của Zhang Nannan, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Sơ đồ minh họa kỹ thuật liên kết nhiệt hạch cho quy trình màng khô và ảnh SEM cắt ngang của màng composite sunfua. Nguồn: Hồ Lê
Sự tích hợp của pin toàn thể rắn với chất điện phân sunfua đang nổi lên như một hệ thống điện hóa đầy hứa hẹn với những tiến bộ tiềm năng về mật độ năng lượng. Nhu cầu về sunfua mỏng, đặc biệt là những chất có tính linh hoạt cao, độ dẫn ion vượt trội và độ ổn định bề mặt mạnh mẽ là rất quan trọng.
Ưu tiên phổ biến đối với công nghệ không dung môi là hợp lý do tính thân thiện với môi trường, hiệu quả về chi phí và sự phù hợp để sản xuất điện cực dày. Tuy nhiên, phương pháp không dung môi thông thường, chủ yếu tập trung vào quá trình tạo sợi polytetrafluoroethylene, có những nhược điểm đáng kể như độ bám dính kém, tính chất cơ học không đủ và dễ bị mất ổn định điện hóa.
Các nhà nghiên cứu do Giáo sư Cui Guanlei dẫn đầu từ Viện Năng lượng sinh học và Công nghệ xử lý sinh học Thanh Đảo thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát triển một kỹ thuật màng khô mới để điều chế các chất điện phân rắn sulfua siêu mỏng và sự tích hợp của chúng với các cực âm NCM83 dày ở tất cả các- pin thể rắn thông qua quy trình liên kết nhiệt hạch tiên tiến.
Nghiên cứu được xuất bản trong Vật liệu nâng cao vào ngày 4 tháng 5, chứng minh việc thiết lập thành công mạng lưới thẩm thấu thông qua chất kết dính polyamit linh hoạt với Li6PS5Cl thông qua quá trình nén nhiệt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất màng siêu mỏng (≤25 μm).
Màng composite sunfua thu được có các đặc tính cơ học tuyệt vời, độ dẫn ion vượt trội 2,1 mS/cm và cơ chế phân tán ứng suất độc đáo, rất quan trọng để cải thiện độ ổn định bề mặt.
Hơn nữa, sự kết hợp tổng hợp giữa các giao diện được cải tiến và khả năng phân tán ứng suất đã mang lại hiệu suất đạp xe đặc biệt. Điều này được chứng minh bằng khả năng duy trì công suất vượt quá 80% sau 707 chu kỳ với cực dương Li–In, vượt xa con số 500 chu kỳ cần thiết cho các ứng dụng thực tế.
Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ liên kết nhiệt hạch đã cho phép chế tạo cực âm LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 bền bỉ (~53,1 mg·cm-2) để chế tạo pin tích hợp ở trạng thái rắn. Sự tích hợp này đã mang lại mật độ năng lượng cao là 390 Wh·kg-1, cao hơn gần 1,5 lần so với pin lithium-ion thương mại và vòng đời kéo dài hơn 10.000 giờ.
Giáo sư Cui cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh tiềm năng ứng dụng thực tế đáng kể của công nghệ liên kết nhiệt hạch, có ý nghĩa sâu sắc đối với việc thương mại hóa pin thể rắn sunfua trong tương lai”.
