Pin thể rắn có một số ưu điểm: Chúng có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn và an toàn hơn pin có chất điện phân dạng lỏng. Tuy nhiên, chúng không tồn tại lâu và dung lượng của chúng giảm dần theo mỗi chu kỳ sạc. Nhưng không nhất thiết phải như vậy.
Minh họa sơ đồ phép đo HAXPES operando và minh họa cận cảnh ô operando. Nguồn: ACS Energy Letters (2024). DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01072
Các nhà nghiên cứu đã theo dõi nguyên nhân. Trong tạp chí ACS Energy Letters, một nhóm từ HZB và Justus-Liebig-Universität, Giessen, trình bày một phương pháp mới để theo dõi chính xác các phản ứng điện hóa trong quá trình vận hành pin thể rắn bằng cách sử dụng quang phổ quang điện tử tại BESSY II. Các kết quả giúp cải thiện vật liệu và thiết kế pin.
Pin thể rắn sử dụng chất dẫn ion rắn giữa các điện cực của pin thay vì chất điện phân lỏng, cho phép vận chuyển lithium trong quá trình sạc và xả. Điều này có những ưu điểm bao gồm tăng tính an toàn trong quá trình vận hành và nói chung là dung lượng cao hơn.
Tuy nhiên, tuổi thọ của pin thể rắn vẫn còn rất hạn chế. Điều này là do các sản phẩm phân hủy và các pha trung gian hình thành tại các giao diện giữa chất điện phân và điện cực, cản trở quá trình vận chuyển các ion lithium và dẫn đến việc tiêu thụ lithium hoạt động, do đó dung lượng của pin giảm dần sau mỗi chu kỳ sạc.
Hiện nay, một nhóm do các nhà nghiên cứu HZB là Tiến sĩ Elmar Kataev và Giáo sư Marcus Bär dẫn đầu đã phát triển một phương pháp tiếp cận mới để phân tích các phản ứng điện hóa tại giao diện giữa chất điện phân rắn và điện cực với độ phân giải thời gian cao. Kataev giải thích câu hỏi nghiên cứu: "Trong điều kiện nào và ở điện áp nào thì các phản ứng như vậy xảy ra, và thành phần hóa học của các pha trung gian này phát triển như thế nào trong quá trình hoạt động của pin?"
Đối với nghiên cứu này, họ đã phân tích các mẫu chất điện phân rắn Li 6 PS 5 Cl, một vật liệu được coi là ứng cử viên tốt nhất cho pin thể rắn vì nó có độ dẫn ion cao. Họ đã làm việc chặt chẽ với nhóm chuyên gia về pin là Giáo sư Jürgen Janek từ Đại học Justus Liebig Giessen (JLU Giessen). Một lớp niken cực mỏng (30 lớp nguyên tử hoặc 6 nanomet) đóng vai trò là điện cực làm việc. Một lớp lithium được ép vào mặt bên kia của viên Li 6 PS 5 Cl để hoạt động như một điện cực đối.
Để phân tích các phản ứng giao diện và sự hình thành lớp xen kẽ (SEI) theo thời gian thực và theo hàm của điện áp được áp dụng, Kataev đã sử dụng phương pháp quang phổ điện tử tia X cứng (HAXPES) khai thác khả năng phân tích của Phòng thí nghiệm Vật liệu Năng lượng tại chỗ Berlin (EMIL) tại BESSY II: Tia X chiếu vào mẫu, kích thích các nguyên tử ở đó và các sản phẩm phản ứng có thể được xác định từ các điện tử quang phát ra theo hàm của điện áp và thời gian của ô được áp dụng. Kết quả cho thấy các phản ứng phân hủy chỉ có thể đảo ngược một phần.
"Chúng tôi chứng minh rằng có thể sử dụng một bộ thu dòng điện siêu mỏng để nghiên cứu các phản ứng điện hóa tại các giao diện chôn ngầm bằng các phương pháp đặc tính bề mặt", Kataev cho biết. Nhóm HZB đã nhận được các yêu cầu từ các nhóm nghiên cứu ở Đức và nước ngoài cũng quan tâm đến phương pháp đặc tính này.
Bước tiếp theo, nhóm HZB muốn mở rộng phương pháp này và cũng nghiên cứu pin có chất điện phân polyme tổng hợp và nhiều loại vật liệu cực dương và cực âm.
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
