Nhóm ổn định catốt giàu niken để sử dụng trong pin lithium-ion có tuổi thọ cao

Nhóm ổn định catốt giàu niken để sử dụng trong pin lithium-ion có tuổi thọ cao

    Nhóm ổn định catốt giàu niken để sử dụng trong pin lithium-ion có tuổi thọ cao
    bởi Particuology

    Team stabilizes nickel-rich cathodes for use in long-life lithium-ion batteries

    Trừu tượng đồ họa: Particuology (2023). DOI: 10.1016/j.partic.2022.12.003. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1674200122002759


    Các cực âm nhiều lớp giàu niken là những ứng cử viên đầy hứa hẹn cho pin lithium-ion năng lượng cao thế hệ tiếp theo vì mật độ năng lượng cao và chi phí cạnh tranh của chúng. Tuy nhiên, với hoạt động lâu dài, các cực âm này bị suy giảm công suất nhanh chóng. Một nhóm nghiên cứu bao gồm Hanwen Zheng, Zhihong Wang, Ling Chen, Hao Jiang và Chunzhong Li từ Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Trung Quốc đã tạo ra một chiến lược sửa đổi kép một bước đơn giản để hạn chế các phản ứng phụ này xảy ra và tăng cường cấu trúc của cực âm. ổn định, để đáp ứng các yêu cầu thương mại của cực âm giàu niken.

    Phát hiện của nhóm được công bố trên tạp chí Particuology vào ngày 5 tháng 1 năm 2023.

    Pin lithium-ion với mật độ năng lượng cao rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các thiết bị điện tử và phương tiện. Tại thời điểm này, việc sử dụng pin lithium-ion chủ yếu bị hạn chế bởi dung lượng cụ thể hạn chế của vật liệu catốt. Các cực âm phân lớp giàu niken luôn bị suy giảm công suất nhanh chóng do sự mất ổn định về cấu trúc và bề mặt tiếp xúc xảy ra trong quá trình hoạt động lâu dài.

    Trong nỗ lực giải quyết những vấn đề này, các nhà khoa học đã sử dụng các chiến thuật như phủ bề mặt và pha tạp các nguyên tố với vật liệu catốt. Nhưng các quy trình sửa đổi đơn lẻ không thể giải quyết sự mất ổn định về cấu trúc và giao diện cùng một lúc. Chiến lược pha tạp một nguyên tố không thể ngăn chặn phản ứng cực âm/chất điện phân, trong khi các vật liệu phủ thường thể hiện độ dẫn điện lithium-ion kém. Sự cố này làm tăng trở kháng giao diện và giảm công suất cụ thể.

    Một cải biến kép hiệu quả cao là cần thiết để thu được các oxit giàu niken tiên tiến với công suất riêng cao và tuổi thọ chu kỳ dài. Công trình của nhóm nghiên cứu cung cấp một chiến lược sửa đổi kép một bước đơn giản giúp hạn chế các phản ứng phụ do ký sinh trùng trên bề mặt và tăng cường độ ổn định của cấu trúc, đồng thời đáp ứng các yêu cầu thương mại của catốt giàu niken. Cực âm đồng biến đổi của chúng thể hiện hiệu suất điện hóa vượt trội với độ ổn định chu kỳ dài hạn tuyệt vời.

    Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp cực âm phân lớp giàu niken được pha tạp titan và phủ lithium yttrium dioxide (LiYO2) bằng cách sử dụng chiến lược thiêu kết một bước đơn giản. Quá trình thiêu kết sử dụng nhiệt và áp suất để tạo thành một khối vật liệu rắn. Chiến lược do nhóm phát triển này hạn chế đáng kể các phản ứng phụ của ký sinh trùng giữa các bề mặt, đồng thời tăng cường độ ổn định cấu trúc của cực âm.

    Nhóm đã sử dụng nhiễu xạ tia X để phân tích cấu trúc tinh thể của catốt của chúng. Họ đã nghiên cứu hình thái của các cực âm bằng kính hiển vi điện tử quét. Kính hiển vi điện tử truyền qua được áp dụng để mô tả cấu trúc siêu mịn và sự phân bố các phần tử, đồng thời họ đã sử dụng quang phổ quang điện tử tia X để nghiên cứu thành phần phần tử bề mặt và trạng thái hóa trị. Kết quả của họ cho thấy vật liệu catốt biến đổi kép của họ có khả năng duy trì công suất được cải thiện là 96,3% sau 100 chu kỳ và 86,8% sau 500 chu kỳ, cao hơn nhiều so với vật liệu catốt không biến đổi.

    Lớp phủ LiYO2 hoạt động như một rào cản vật lý hạn chế đáng kể các phản ứng phụ của ký sinh trùng giữa các bề mặt và sự hòa tan của các ion kim loại chuyển tiếp. Điều này giúp tăng cường sự ổn định của giao diện điện phân catốt. Các liên kết titan-oxy mạnh giúp ổn định oxy mạng tinh thể một cách hiệu quả cũng như giảm bớt tình trạng rối loạn lithium/niken. Chiến lược sửa đổi kép của nhóm đã tạo ra một vật liệu catốt có tốc độ khuếch tán lithium-ion nhanh hơn và độ ổn định điện hóa vượt trội.

    Nhìn về phía trước, nhóm hy vọng sẽ phát triển chiến lược sản xuất quy mô lớn của họ. "Trong bước tiếp theo, chúng tôi muốn áp dụng chiến lược sửa đổi kép này vào sản xuất công nghiệp quy mô lớn, sử dụng cả hai vật liệu cực âm có giao diện/cấu trúc tinh thể ổn định và hiệu suất điện hóa tuyệt vời", Hao Jiang, giáo sư tại Đại học Khoa học Hoa Đông cho biết. Và công nghệ. Đồng thời, nhóm sẽ khám phá tính nhất quán sau khi khuếch đại để đảm bảo hiệu ứng phủ và pha tạp đồng nhất. Jiang cho biết: “Hơn nữa, độ ổn định trong các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt sẽ được nghiên cứu để đảm bảo tính an toàn của vật liệu và tạo điều kiện thuận lợi cho ứng dụng thương mại của nó”.

    Zalo
    Hotline