Lớp phủ catốt làm giảm sự xuống cấp của pin kim loại lithium trạng thái rắn

Lớp phủ catốt làm giảm sự xuống cấp của pin kim loại lithium trạng thái rắn

    Pin lithium-ion không chỉ được sử dụng cho các thiết bị điện tử tiêu dùng nhỏ như điện thoại di động và máy tính xách tay mà còn được sử dụng cho xe đạp điện, xe điện và lưu trữ năng lượng lâu dài. Mặc dù hiếm khi xảy ra, nhưng pin lithium-ion có thể bắt lửa do tính không ổn định của chất điện phân lỏng trong cấu trúc pin.

     

    Tất cả pin kim loại lithium thể rắn, có tính năng an toàn được cải thiện và mật độ năng lượng cao hơn so với pin lithium-ion tiên tiến nhất , là một giải pháp thay thế khả thi, nhưng chúng có xu hướng xuống cấp nhanh chóng.

    Một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu từ Viện Năng lượng Sinh học và Công nghệ Xử lý Sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) của Viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã trình bày chi tiết lý do tại sao sự xuống cấp này xảy ra và đề xuất một giải pháp đơn giản, hiệu quả.

    Nghiên cứu được công bố trên Science Bulletin vào ngày 13 tháng 3.

    "Các nguyên mẫu pin kim loại lithium thể rắn trong phòng thí nghiệm đã được báo cáo trước đây cho thấy hiệu suất suy giảm nhanh chóng, thách thức ứng dụng thực tế của chúng. Tiết lộ khoa học cơ bản về vấn đề này và hiểu sâu hơn về cơ chế xuống cấp cơ bản của tất cả các loại pin kim loại lithium thể rắn trở nên quan trọng quan trọng đối với sự phát triển hơn nữa," Giáo sư Cui Guanlei, đồng tác giả và trưởng nhóm của Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Rắn tại QIBEBT cho biết.

    Để hiểu làm thế nào các loại pin này xuống cấp theo thời gian, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật hình ảnh có tên là chụp cắt lớp vi tính X-quang synchrotron (SXCT). Quét SXCT tạo ra hình ảnh ba chiều, có độ chi tiết cao của các đối tượng mà không làm hỏng chúng.

    Họ đã phân tích pin bằng vật liệu hoạt động catốt NCM (LiNi 0,8 Co 0,1 Mn 0,1 O 2 ) , chất điện phân rắn LPSC1 (Li 6 PS 5 Cl) và cực dương kim loại lithium, được gọi là NCM | Lý. Sau đó, họ thực hiện quét SXCT của pin sau 0 chu kỳ, 50 chu kỳ và 100 chu kỳ.

    Bằng cách phân tích hình ảnh của cực âm và cực dương sau 100 chu kỳ, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự cố giữa hai điện cực do sự dao động không đều của dòng lithium-ion. Các hạt nứt của NCM đã phá vỡ cực âm và trở nên cô lập. Dòng điện sau đó được tập trung vào các vùng hoạt động còn lại của cực âm. Trên các phần của cực dương đối diện với các hạt NCM đang hoạt động trên cực âm, có khả năng cao hơn là sự phát triển dendrite lithium. Điều này có thể gây ra nhiều vấn đề cho pin, bao gồm giảm dung lượng và độ an toàn.

    Tiến sĩ Zheng Yue, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Lần đầu tiên, công trình của chúng tôi xác nhận rằng dòng lithium-ion không đồng nhất do các phản ứng điện hóa không đồng nhất ở vùng cực âm chi phối các hạn chế về mặt liên kết trầm trọng hơn và các sợi nhánh lithium ở vùng cực dương kim loại lithium” . nghiên cứu.

    Đồng tác giả Tiến sĩ Ma Jun cho biết: “ Điều này có thể được giải quyết một cách hiệu quả bằng cách sử dụng một lớp phủ bề mặt trên vật liệu catốt . một lần nữa, thực hiện quét bổ sung pin với lớp phủ bề mặt sau 100 chu kỳ. Pin có cực âm được phủ có khả năng duy trì dung lượng tốt hơn và giảm sự suy giảm dung lượng.

    "Chúng tôi hy vọng điều này sẽ mở ra những con đường mới cho nghiên cứu về những hạn chế hiện tại của pin thể rắn", đồng tác giả giáo sư Sun Fu cho biết. "Sự phát triển hơn nữa sẽ tập trung vào việc định lượng mật độ dòng điện cục bộ trong pin trạng thái rắn, chiến lược triệt tiêu của dendrite lithium ở cực dương , tăng cường tiếp xúc bên trong của cực âm và cải thiện mật độ dòng điện tới hạn."

    Zalo
    Hotline