Pin Li-metal dung lượng cao với hiệu suất và độ ổn định được cải thiện
bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học & Công nghệ Quốc gia
Vật chủ có thể kết hợp Li 1D với lớp vỏ carbon xốp và các hạt nano Au ưa thạch trong lõi cho thấy khả năng đảo ngược Li được cải thiện ở tốc độ cao nhờ sự vận chuyển Li + dễ dàng và sự triệt tiêu dendrite Li bằng cách lưu trữ Li ở vị trí lõi, cho thấy tầm quan trọng của thiết kế cấu trúc để lưu trữ Li. Nhà cung cấp hình ảnh: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
Một nghiên cứu về pin Li-metal của nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Byung Gon Kim đứng đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Pin Thế hệ Tiếp theo của Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc (KERI) đã được đăng tải trên tạp chí quốc tế ACS Nano.
Trong khi pin Li-ion hiện tại tạo ra năng lượng bằng cách lấy các ion Li-ion vào và ra khỏi cực dương graphit dựa trên cơ chế xen phủ, thì pin Li-kim loại không dựa vào than chì cồng kềnh và nặng nề này mà sử dụng chính kim loại Li làm cực dương. Vì Li-metal cho thấy dung lượng lý thuyết cao hơn 10 lần (3.860 mAh / g) so với graphite (372 mAh / g), nên nó đã dần nhận được nhiều sự quan tâm từ các lĩnh vực cần pin dung lượng cao, chẳng hạn như xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.
Mặc dù có lợi thế này, Li có thể phát triển theo hình dạng của một cành cây, được gọi là dendrite Li, nếu nó không được bảo quản đồng nhất và hiệu quả trong quá trình đạp xe, dẫn đến sự giãn nở thể tích lớn của điện cực, do đó có thể rút ngắn tuổi thọ chu kỳ của pin. và gây ra các vấn đề an toàn như cháy nổ do đoản mạch bên trong.
Để giải quyết vấn đề này, KERI đã phát triển cấu trúc carbon xốp 1D có thể dung nạp Li với lõi rỗng và một số lượng nhỏ các hạt nano vàng có ái lực với Li đã được thêm vào lõi rỗng. Ở đây, vàng kiểm soát hướng tăng trưởng của Li bằng cách phản ứng ưu tiên với Li, do đó tạo ra sự lắng đọng Li bên trong lõi. Ngoài ra, nhiều lỗ chân lông có kích thước nano được hình thành trong phần vỏ để cải thiện sự di chuyển của ion Li-on về phía không gian lõi.
Một thách thức lớn được quan sát thấy trong vật chủ Li có lõi rỗng hiện tại là sự lắng đọng Li trên vỏ carbon dẫn điện, không phải bên trong lõi, trong điều kiện sạc tốc độ cao. Do đó, nhóm KERI đã đưa vào vỏ nhiều lỗ xốp có kích thước nano, và đạt được hiệu quả đồng tổ hợp được cải thiện đáng kể mà không có sự phát triển dendrite Li ngay cả trong điều kiện thử nghiệm hiện tại cao là 5 mA / cm2.
Nhóm của Tiến sĩ Kim đã hợp tác với Giáo sư Janghyuk Moon tại Đại học Chung-Ang để xác nhận lý thuyết về tính hiệu quả của thiết kế vật liệu này, và kết quả mô phỏng cho thấy chiều dài khuếch tán ion Li giảm bởi các lỗ vỏ và cải thiện ái lực Li bởi các hạt nano vàng. giữ Li lắng đọng bên trong cấu trúc ngay cả trong điều kiện sạc dòng điện cao. Hơn nữa, máy chủ Li được thiết kế cho thấy hiệu suất đạp xe tuyệt vời hơn 500 vòng dưới mật độ dòng điện cao 4C (duy trì công suất 82,5%). Điều đáng chú ý nữa là công nghệ này đáp ứng được tính thực tiễn vì nhóm đã sử dụng kỹ thuật quay điện có ưu điểm trong sản xuất hàng loạt để tổng hợp vật liệu.
Tiến sĩ Kim cho biết: “Mặc dù có dung lượng cao, nhưng pin Li-metal có nhiều rào cản cần phải vượt qua để thương mại hóa chủ yếu là do các vấn đề về độ ổn định và an toàn. Và Tiến sĩ Kim cũng nói, "Nghiên cứu của chúng tôi là vô giá ở chỗ chúng tôi đã phát triển một kỹ thuật sản xuất hàng loạt hồ chứa kim loại Li với hiệu suất đồng tổng hợp cao cho pin Li-metal có thể sạc lại nhanh."
Nghiên cứu này của nhóm nghiên cứu KERI đã được xuất bản như một trang bìa bổ sung trong ấn bản tháng 8 của ACS Nano.
