Một cách nhanh chóng và dễ dàng để sản xuất vật liệu anot cho pin natri-ion bằng vi sóng

Một cách nhanh chóng và dễ dàng để sản xuất vật liệu anot cho pin natri-ion bằng vi sóng
của Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ quốc gia

Công nghệ gia nhiệt cảm ứng bằng vi sóng của KERI đã được sử dụng để sản xuất nhanh 'carbon cứng', một vật liệu anot cho pin natri-ion, trong 30 giây. Nguồn: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc

Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một công nghệ quy trình cho phép chế tạo anot carbon cứng cực nhanh trong 30 giây cho pin natri-ion bằng cách gia nhiệt cảm ứng bằng vi sóng.

Một trong những loại pin thứ cấp thế hệ tiếp theo, pin natri-ion sử dụng natri (Na) thay cho thành phần chính hiện tại là lithium (Li). Natri, thành phần chính của muối, có nhiều hơn lithium hơn một nghìn lần và dễ chiết xuất và tinh chế hơn. Hơn nữa, khả năng phản ứng thấp hơn so với lithium có nghĩa là độ ổn định điện hóa cao hơn khi sử dụng cho pin, giúp thuận lợi hơn cho việc sạc và xả nhanh, đồng thời vẫn duy trì hiệu suất ngay cả ở nhiệt độ thấp.

Bất chấp những ưu điểm này, pin natri-ion vẫn phải đối mặt với những thách thức đáng kể, bao gồm mật độ năng lượng thấp hơn và tuổi thọ ngắn hơn so với pin lithium-ion do quy trình sản xuất phức tạp. Kích thước lớn hơn của các ion natri so với lithium đòi hỏi phải sử dụng carbon cứng, có khoảng cách giữa các lớp lớn hơn than chì, vật liệu chủ chốt hiện tại của anot.

Carbon cứng không có trong tự nhiên và do đó phải được tổng hợp. Quy trình chế tạo rất phức tạp, đòi hỏi phải nung nóng vật liệu hydrocarbon—thành phần chính của thực vật và polyme—trong môi trường không có oxy ở nhiệt độ vượt quá 1.000°C trong thời gian dài. Quá trình "cacbon hóa" này gây gánh nặng về mặt kinh tế và môi trường, đây là một trở ngại chính đối với việc thương mại hóa pin natri-ion.

Thiết bị gia nhiệt cảm ứng vi sóng của KERI để sản xuất nhanh carbon cứng, một vật liệu anot cho pin natri-ion. Nguồn: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
Trong số nhiều nhóm đang cố gắng giải quyết thách thức này, nhóm do Tiến sĩ Kim và Tiến sĩ Park đứng đầu đã đề xuất một phương pháp gia nhiệt nhanh bằng công nghệ vi sóng, mà chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy trong lò vi sóng trong bếp. Đầu tiên, họ tạo ra màng bằng cách trộn polyme với một lượng nhỏ ống nano carbon có độ dẫn điện cao. Sau đó, họ áp dụng từ trường vi sóng vào màng để tạo ra dòng điện trong ống nano carbon, làm nóng màng một cách có chọn lọc lên đến hơn 1.400°C chỉ trong 30 giây.

Qua nhiều năm nghiên cứu, KERI đã phát triển một công nghệ để xử lý nhiệt đồng đều các màng mỏng dẫn điện, chẳng hạn như kim loại, bằng từ trường vi sóng. Công nghệ này đã thu hút được sự chú ý đáng kể trong các quy trình công nghiệp như màn hình và chất bán dẫn. Trung tâm nghiên cứu công nghệ nano lai của KERI được công nhận là trung tâm hàng đầu quốc gia về công nghệ vật liệu nano carbon. Tiến sĩ Kim và Tiến sĩ Park đã tận dụng năng lực của trung tâm để mạo hiểm vào vật liệu anot pin natri-ion và đạt được những kết quả đầy hứa hẹn.

Chìa khóa thành công của họ nằm ở kỹ thuật "mô phỏng đa vật lý" của riêng nhóm. Nó cho phép họ hiểu sâu sắc về các quá trình phức tạp xảy ra khi một trường điện từ trong băng thông vi sóng được áp dụng cho các vật liệu nano, dẫn đến việc tạo ra một quy trình mới để chế tạo vật liệu cực dương của pin ion natri.

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học. Bài báo được đồng sáng tác bởi Geongbeom Ryoo và Jiwon Shin, những sinh viên nghiên cứu đã tham gia vào chương trình nghiên cứu hợp tác giữa học viện và nghiên cứu của KERI.

Carbon cứng, vật liệu cực dương cho pin ion natri, được chế tạo nhanh chóng thông qua quá trình gia nhiệt cảm ứng vi sóng. Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc

"Do các vụ cháy xe điện gần đây, ngày càng có nhiều sự quan tâm đến pin ion natri an toàn hơn và hoạt động tốt trong điều kiện lạnh hơn. Tuy nhiên, quá trình cacbon hóa đối với cực dương là một bất lợi đáng kể về hiệu quả năng lượng và chi phí", Tiến sĩ Jong Hwan Park cho biết. Tiến sĩ Daeho Kim cho biết thêm, "Công nghệ gia nhiệt cảm ứng bằng vi sóng của chúng tôi cho phép chế tạo cacbon cứng nhanh chóng và dễ dàng, tôi tin rằng công nghệ này sẽ góp phần vào việc thương mại hóa pin ion natri".

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục làm việc để cải thiện hiệu suất của vật liệu anot và phát triển công nghệ để sản xuất hàng loạt liên tục các màng cacbon cứng diện tích lớn. Họ cũng thấy tiềm năng của công nghệ gia nhiệt cảm ứng bằng vi sóng của họ có thể áp dụng cho các lĩnh vực khác, chẳng hạn như pin toàn thể rắn đòi hỏi phải thiêu kết ở nhiệt độ cao, điều này đảm bảo cần phải nghiên cứu thêm.

KERI, sau khi đã hoàn tất đơn xin cấp bằng sáng chế trong nước, hy vọng công nghệ này sẽ thu hút được sự quan tâm đáng kể từ các công ty tham gia vào vật liệu lưu trữ năng lượng và dự đoán các thỏa thuận chuyển giao công nghệ với các đối tác tiềm năng trong ngành.

Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Dae Kim và Tiến sĩ Jong Hwan Park dẫn đầu tại Trung tâm nghiên cứu công nghệ nano lai của Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc (KERI).

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