Nghiên cứu mới tại Trường Kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis là nghiên cứu đầu tiên cho thấy chất điện phân ở trạng thái rắn có mức độ tương đồng cao với chất điện phân ở dạng lỏng, đây là tin tốt để thiết kế pin ở trạng thái rắn an toàn và hiệu quả hơn dựa trên kiến thức cơ học đáng tin cậy.
"Kết quả của chúng tôi cho thấy sự tương đồng đáng ngạc nhiên giữa chất điện phân lỏng và rắn, và điều đó cho phép chúng tôi mượn một số ý tưởng từ các chất điện phân lỏng thành công để giúp chúng tôi thiết kế chất điện phân rắn," Peng Bai, trợ lý giáo sư về năng lượng, môi trường và hóa học cho biết. kỹ thuật. "Trước công việc của chúng tôi, chất điện phân rắn, ít nhất là chất gốm mà chúng tôi nghiên cứu ở đây, được coi là khác biệt rõ rệt so với chất lỏng tương ứng của chúng."
Bai cho biết pin cung cấp năng lượng rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta, vì vậy việc tìm ra những cải tiến mới sẽ có tác động xã hội mạnh mẽ.
Một lộ trình đầy hứa hẹn là sự phát triển của pin trạng thái rắn đầy đủ . Một thành phần quan trọng là chất điện phân ở trung tâm của pin, cho phép chuyển động ion giữa các điện cực. Ở đây, chất điện phân lỏng được sử dụng truyền thống được thay thế bằng chất rắn và ghép nối với điện cực kim loại. Điều này không chỉ tăng lượng năng lượng được lưu trữ mà còn dẫn đến một loại pin có khả năng an toàn hơn.
Tuy nhiên, ngày càng có nhiều báo cáo về pin thể rắn kể câu chuyện về một rào cản quan trọng, được gọi là mật độ dòng điện tới hạn (CCD), vượt quá giới hạn mà các cấu trúc nhỏ giống như cây gọi là đuôi gai phát triển, dẫn đến hỏng pin . Các CCD được báo cáo này tương đối thấp, điều này cản trở quá trình sạc nhanh và ảnh hưởng đến sự phát triển hơn nữa của pin thể rắn.
"CCD của chất điện phân thể rắn là một bí ẩn. Chúng tôi đang làm việc để tiết lộ lý do tại sao nó tồn tại, vật lý thực sự của nó là gì và nó thay đổi như thế nào trong các điều kiện hoạt động khác nhau", Bai, nhà nghiên cứu chính của dự án này và là tác giả tương ứng của nghiên cứu cho biết. bài báo xuất bản ngày 12 tháng 4 trong ACS Energy Letters .
Ông nói: “Khám phá của chúng tôi cho thấy cường độ của CCD có liên quan đến độ dày của chất điện phân rắn, tương tự như dòng điện giới hạn trong chất điện phân lỏng được biết là có sự phụ thuộc vào độ dày”. "Nếu bạn có thể làm cho chất điện phân rắn đủ mỏng, chúng ta có thể tránh được vấn đề về CCD này, do đó tránh được sự phát triển của dendrite và hiện tượng đoản mạch bên trong."
Những đổi mới thử nghiệm liên quan đến nghiên cứu này bao gồm lấy một viên tiêu chuẩn, một đĩa tròn nhỏ được làm đặc hoàn toàn bằng cách thiêu kết bột gốm có kiểm soát và cắt chính xác nó thành nhiều mảnh nhỏ hơn. Các mảnh này sau đó được kiểm tra bằng kỹ thuật phân tích điện khác với kỹ thuật thường được sử dụng.
Bai cho biết: “Những mẫu con này từ cùng một viên mẹ gần như giống hệt nhau. "Thử nghiệm hàng trăm mẫu thu nhỏ phù hợp lý tưởng này khiến kết quả chúng tôi thu được đáng tin cậy hơn và số liệu thống kê có ý nghĩa hơn."
Rajeev Gopal, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Bai và là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết nghiên cứu này có thể tạo ra sự khác biệt thực sự.
Gopal nói: “Công việc của chúng tôi có thể làm sáng tỏ hiện tượng bí ẩn về sự hình thành sợi nhánh ở CCD. "Các xu hướng thống kê mà chúng tôi công bố ở đây sẽ giúp dự đoán và cuối cùng là giảm thiểu loại tăng trưởng này, tăng tính khả thi của các chất điện phân này trong pin thực tế."
