Các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật sản xuất mới cho "vật liệu cực dương tổng hợp carbon pha tạp silicon/nitơ". Những vật liệu này nhằm mục đích nâng cao công suất và độ ổn định của cực dương pin lithium-ion.
Sơ đồ quy trình chuẩn bị bột composite SiA/nanocarbon (NC). Tín dụng: Vật liệu chức năng nâng cao (2023). DOI: 10.1002/adfm.202311353
Silicon, mặc dù cung cấp mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với than chì (một vật liệu làm cực dương thông thường), nhưng lại gặp phải một nhược điểm lớn: nó giãn nở 3-4 lần trong quá trình sạc và xả, dẫn đến suy giảm hiệu suất. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang trộn silicon với than chì để cân bằng điểm mạnh và điểm yếu của chúng.
Để tối đa hóa hàm lượng silicon và khắc phục những hạn chế của nó, Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc (KERI) đã sử dụng ống nano carbon vách đơn pha tạp nitơ và graphene. Ống nano cacbon đơn vách mỏng hơn và dẫn điện tốt hơn ống nano cacbon nhiều vách, đặt ra những thách thức về khả năng phân tán do đường kính nhỏ của chúng. Tận dụng chuyên môn của mình về vật liệu nanocarbon, KERI đã phát triển công nghệ phân tán keo và chức năng hóa tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết hợp nitơ lên bề mặt ống nano carbon.
Khi áp dụng cho cực dương của pin lithium-ion, các ống nano carbon vách đơn pha tạp nitơ này sẽ tăng tốc chuyển động lithium-ion sang silicon, nâng cao tốc độ sạc và độ ổn định trong nhiều chu kỳ sạc/xả. Ngoài ra, việc bọc vật liệu cực dương bằng graphene giúp ổn định hơn nữa sự giãn nở của silicon.
Thông qua thử nghiệm rộng rãi, KERI đã chứng minh rằng pin sử dụng vật liệu cực dương tổng hợp duy trì hiệu suất trên 82% sau 100 chu kỳ sạc/xả, so với chỉ 30% của cực dương tổng hợp silicon thông thường. Sự tiến bộ này giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng các chất phụ gia dẫn điện thông thường như muội than.
Nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Han Joo Tark và nhà nghiên cứu sinh viên Lee Do Geun tại Trung tâm nghiên cứu công nghệ lai nano của KERI, đã hình dung ra những ứng dụng rộng hơn cho công nghệ này, bao gồm cả pin thể rắn, trong đó tốc độ khuếch tán lithium là rất quan trọng. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Vật liệu chức năng nâng cao.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
