Lithium sắt phosphate là một trong những vật liệu quan trọng nhất cho pin trong xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng cố định và các công cụ. Nó có tuổi thọ cao, tương đối rẻ và không có xu hướng tự bốc cháy. Mật độ năng lượng cũng đang có tiến triển. Tuy nhiên, các chuyên gia vẫn còn bối rối về lý do tại sao pin lithium sắt phosphate lại làm giảm khả năng lưu trữ điện lý thuyết của chúng tới 25% trong thực tế.
Hình ảnh độ phân giải cao của các vùng giàu lithium (phía dưới bên phải) và nghèo lithium (phía trên bên trái) của vật liệu mẫu. Để dễ so sánh hơn, cả hai vùng đều được hiển thị trong hình ảnh mô phỏng. Tín dụng: FELMI–TU Graz
Để tận dụng được nguồn dự trữ dung lượng tiềm ẩn này, điều quan trọng là phải biết chính xác vị trí và cách thức các ion lithium được lưu trữ và giải phóng khỏi vật liệu pin trong các chu kỳ sạc và xả.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Graz (TU Graz) hiện đã thực hiện một bước tiến đáng kể theo hướng này. Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua, họ có thể theo dõi một cách có hệ thống các ion lithium khi chúng di chuyển qua vật liệu pin, lập bản đồ sắp xếp của chúng trong mạng tinh thể của catốt phosphate sắt với độ phân giải chưa từng có và định lượng chính xác sự phân bố của chúng trong tinh thể.
Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
Manh mối chính để tăng thêm dung lượng pin
"Các cuộc điều tra của chúng tôi đã chỉ ra rằng ngay cả khi các cell pin thử nghiệm được sạc đầy, các ion lithium vẫn ở trong mạng tinh thể của cực âm thay vì di chuyển đến cực dương. Các ion bất động này gây ra chi phí về dung lượng", Daniel Knez từ Viện Kính hiển vi điện tử và Phân tích nano tại TU Graz cho biết.
Các ion lithium bất động được phân bố không đều trong catốt. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc xác định chính xác các khu vực có mức độ làm giàu lithium khác nhau và tách chúng ra khỏi nhau xuống đến vài nanomet.
Sự biến dạng và biến dạng được tìm thấy trong mạng tinh thể của catốt ở vùng chuyển tiếp.
Ilie Hanzu từ Viện Hóa học và Công nghệ Vật liệu, người tham gia chặt chẽ vào nghiên cứu này, cho biết: "Những chi tiết này cung cấp thông tin quan trọng về các tác động vật lý cho đến nay đã chống lại hiệu quả của pin và chúng ta có thể tính đến những thông tin này trong quá trình phát triển vật liệu tiếp theo".
Các phương pháp này cũng có thể chuyển giao sang các vật liệu pin khác
Để tiến hành nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị các mẫu vật liệu từ điện cực của pin đã sạc và xả và phân tích chúng dưới kính hiển vi ASTEM có độ phân giải nguyên tử tại TU Graz. Họ kết hợp phương pháp quang phổ mất năng lượng electron với phép đo nhiễu xạ electron và hình ảnh cấp độ nguyên tử.
Nikola Šimić từ Viện Kính hiển vi điện tử và Phân tích nano, tác giả đầu tiên của bài báo, giải thích: "Bằng cách kết hợp các phương pháp kiểm tra khác nhau, chúng tôi có thể xác định vị trí của lithium trong các kênh tinh thể và cách nó di chuyển đến đó".
"Các phương pháp chúng tôi đã phát triển và kiến thức chúng tôi thu được về sự khuếch tán ion có thể được chuyển giao sang các vật liệu pin khác chỉ với một số điều chỉnh nhỏ để mô tả chúng chính xác hơn và phát triển chúng hơn nữa."
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
