Pin Li-S có tuổi thọ cao dựa trên bộ phân tách đa chức năng được chức năng hóa bằng bộ trung gian xốp

Pin Li-S có tuổi thọ cao dựa trên bộ phân tách đa chức năng được chức năng hóa bằng bộ trung gian xốp

    Pin Li-S có tuổi thọ cao dựa trên bộ phân tách đa chức năng được chức năng hóa bằng bộ trung gian xốp

    Scientists fabricated highly long-life Li-S batteries based on multifunctional separators functionalized by porous mediators

    Chất trung gian Fe3O4 xốp có cấu trúc nano rỗng được đề xuất làm lớp chức năng để tạo nên các thiết bị phân tách đa chức năng, góp phần thúc đẩy động học oxi hóa khử của pin Li-S bằng cách ngăn chặn hiệu quả, hấp thụ hóa học mạnh và chuyển đổi nhanh LiPS. Bộ tách được thiết kế mới cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển lithium-ion hiệu quả trong quá trình đạp xe. Nguồn: Bởi Xiaoqing Zhang, Wei Yuan, Honglin Huang, Ming Xu, Yu Chen, Bote Zhao, Xinrui Ding, Shiwei Zhang, Yong Tang và Longsheng Lu.


    Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc báo cáo về một chiến lược tiềm năng cho pin Li-S có tuổi thọ cao thông qua thiết kế hợp lý và chế tạo bộ phân tách đa chức năng với chi phí thấp. Do bẫy hiệu quả và chuyển đổi nhanh các LiPS hòa tan và động học khuếch tán lithium-ion được tăng cường trong quá trình đạp xe, tuổi thọ chu kỳ siêu dài hơn 2.000 chu kỳ đã đạt được cho pin kết quả.

    Các ứng dụng thực tế của pin Li-S bị cản trở đáng kể bởi động học phản ứng chậm chạp của các loại lưu huỳnh và sự xáo trộn khét tiếng của các chất trung gian LiPSs hòa tan dẫn đến việc sử dụng lưu huỳnh thấp, giảm công suất nhanh và vòng đời rút ngắn.

    Việc đưa các bộ phân tách chức năng vào pin Li-S đã được chứng minh là một chiến lược khá hiệu quả để bẫy các LiPS trong vùng cực âm hoặc làm chậm quá trình khuếch tán của chúng qua bộ phân tách, do đó đạt được hiệu quả triệt tiêu LiPS chuyển động.

    Về vấn đề này, nhiều nghiên cứu đã báo cáo các bộ phân tách được chức năng hóa bởi carbon cấu trúc nanô, carbon pha tạp nguyên tử dị cực và các hợp chất gốc kim loại để ngăn chặn LiPS vận chuyển thông qua các hiệu ứng hạn chế vật lý hoặc hấp thụ hóa học. Mặc dù các lớp chức năng này trên dải phân cách có thể hạn chế sự di chuyển của LiPS một cách hiệu quả, nhưng hiệu suất điện hóa của pin Li-S vẫn chưa đạt yêu cầu.

    Một mặt, các LiPS hòa tan chỉ bị chặn bởi các thiết bị phân tách chức năng này, không thể chuyển đổi thêm thành các loại không hòa tan (Li2S2/Li2S để xả và lưu huỳnh để sạc) để tái sử dụng, dẫn đến tỷ lệ sử dụng vật liệu hoạt tính thấp hơn. Mặt khác, các lớp chức năng trên thiết bị phân tách không có thiết kế cấu trúc hợp lý chắc chắn có thể chặn sự vận chuyển của các ion lithium, làm suy yếu động học phản ứng điện hóa và cuối cùng làm giảm hiệu suất tốc độ của pin.

    Ngoài ra, việc chuẩn bị vật liệu lớp chức năng tương đối phức tạp và tốn kém bằng cách sử dụng các quy trình nhiều bước tẻ nhạt, nguyên liệu thô/tiền chất đắt tiền hoặc một số điều kiện khắc nghiệt chắc chắn dẫn đến một số nhược điểm như chi phí sản xuất cao, hiệu suất đầu ra thấp và các vấn đề về quy mô chế tạo. Do đó, vẫn còn nhiều thách thức để phát triển các thiết bị phân tách hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí với khả năng điều chỉnh mạnh mẽ để kiểm soát và chuyển đổi LiPS, đồng thời duy trì quá trình truyền lithium-ion nhanh chóng để tăng cường động học oxi hóa khử lưu huỳnh.

    Được đăng trên tạp chí International Journal of Extreme Manufacturing, bài báo của nhóm nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc đề xuất một thiết bị phân tách đa chức năng mới để giải quyết đồng thời các vấn đề này. Các hạt cầu nano Fe3O4 rỗng và xốp theo cấp bậc (p-Fe3O4-NSs) được điều chế thông qua quá trình tự lắp ráp của nhiều tinh thể nano Fe3O4 cực nhỏ và được đề xuất làm lớp chức năng chứng minh khái niệm để xây dựng một thiết bị phân tách đa chức năng nhằm tăng cường phản ứng điện hóa động học trong pin Li-S.

    Kết quả là pin đã hoạt động hiệu quả với hiệu suất điện hóa tuyệt vời nhờ khả năng điều chỉnh hiệu quả của LiPS trong quá trình đạp xe. Công trình này thể hiện một chiến lược khả thi để chế tạo pin Li-S có tuổi thọ cao thông qua thiết kế hợp lý và chế tạo các thiết bị phân tách đa chức năng với chi phí thấp để đạt được mức sử dụng lưu huỳnh cao.

    Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Wei Yuan, nhận xét: "[Bộ phân tách] sửa đổi là một chiến lược đầy hứa hẹn để điều chỉnh hành vi của LiPS trong pin. Bộ phân tách lý tưởng cho pin Li-S phải đa chức năng và đáp ứng một số yêu cầu quan trọng như khả năng ngăn chặn mạnh đối với LiPSs để hạn chế sự di chuyển của chúng, ái lực tuyệt vời với chất điện phân để tăng cường động học vận chuyển của các ion lithium qua thiết bị phân tách, hoạt động chuyển đổi đáng kể để tạo điều kiện chuyển đổi nhanh chóng các LiPS bị mắc kẹt thành các dạng không hòa tan. sử dụng và tuổi thọ cao cho pin Li-S thông qua thiết kế hợp lý và chế tạo bộ phân tách đa chức năng với chi phí thấp."

    Điều quan trọng là phải kiểm soát và tái sử dụng các LiPS hòa tan để phát triển pin Li-S có tuổi thọ cao. Tác giả đầu tiên Xiaoqing Zhang giải thích: "Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi chỉ ra rằng các LiPS hòa tan có thể được cố định một cách hiệu quả và chuyển đổi thành các loại không hòa tan bằng thiết bị phân tách mới được thiết kế. 

    và chất trung gian xốp phân cấp được đề xuất như một lớp chức năng trên [thiết bị phân tách], có thể cung cấp khả năng hấp phụ hóa học đối với LiPS và thúc đẩy động học sự chuyển đổi lẫn nhau giữa LiPS và Li2S2/Li2S trong quá trình đạp xe, do đó ức chế quá trình chuyển đổi của LiPS và thúc đẩy động học phản ứng oxi hóa khử thông qua cơ chế chuyển đổi xúc tác-hấp thụ hóa học." Bộ phân tách đa chức năng này mang lại cho thiết bị hiệu suất tốc độ đáng ngưỡng mộ, hiệu suất chu trình siêu dài và công suất diện tích cao trong điều kiện có hàm lượng lưu huỳnh cao và chất điện phân nạc.

    "Nhóm của chúng tôi đã phát triển nhiều cấu trúc điện cực mới để giải quyết các vấn đề hòa tan và xáo trộn của LiPS trong [một] pin Li-S." Giáo sư Wei Yuan cho biết: "Ngoài việc giải quyết những vấn đề này, làm thế nào để tăng cường hiệu quả động học phản ứng điện hóa là một yếu tố quan trọng khác để có được các thiết bị pin thực tế. Chúng tôi đang nỗ lực khám phá một số chiến lược đầy hứa hẹn để thúc đẩy các ứng dụng thực tế của thiết bị pin."

    Zalo
    Hotline