Pin lithium-ion mật độ năng lượng cao ổn định có thể giúp xe điện sạc nhanh
bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Ảnh SEM cắt ngang của cực dương trần tuần hoàn và cực dương phủ Al2O3 cho pin lithium ion. (bên trái). Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc (KERI)
Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một công nghệ cốt lõi để đảm bảo tính ổn định khi sạc/xả và tuổi thọ lâu dài của pin lithium-ion trong điều kiện sạc nhanh. Những phát hiện của họ đã được xuất bản trong Tài liệu chức năng nâng cao.
Điều kiện tiên quyết quan trọng để áp dụng rộng rãi xe điện (EV) là nâng cao hiệu suất của pin lithium-ion về phạm vi lái xe và độ an toàn. Sạc nhanh cũng rất cần thiết để thuận tiện cho người dùng. Tuy nhiên, việc tăng mật độ năng lượng của pin lithium-ion đòi hỏi các điện cực dày hơn, điều này có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất và suy giảm pin trong quá trình sạc nhanh.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm KERI đã phát hiện ra giải pháp bằng cách phủ một phần bề mặt cực dương của pin lithium-ion bằng các hạt oxit nhôm (Al2O3) nhỏ hơn 1 micromet. Trong khi nhiều nhà nghiên cứu trên toàn thế giới tập trung vào các vật liệu bên trong điện cực, chẳng hạn như đưa công nghệ nano chức năng vào vật liệu cực dương như than chì, thì nhóm của Tiến sĩ Choi đã sử dụng một kỹ thuật xử lý đơn giản để phủ lên bề mặt điện cực một lớp oxit nhôm.
Chi phí thấp, khả năng cách điện và chịu nhiệt tuyệt vời, ổn định về mặt hóa học và sở hữu các tính chất cơ học tốt, oxit nhôm được sử dụng rộng rãi trong các loại gốm sứ khác nhau.
Sự phân tán oxit nhôm (trái) và cực dương để phủ pin lithium ion lên trên. Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc (KERI)
Các nhà nghiên cứu của KERI phát hiện ra rằng các hạt oxit nhôm kiểm soát hiệu quả bề mặt tiếp xúc giữa cực dương và chất điện phân trong pin lithium-ion, tạo thành một đường cao tốc giao thoa để vận chuyển Li+ hiệu quả. Điều này ngăn chặn sự định vị điện cực của lithium (một sự thay đổi không thể đảo ngược khiến lithium không thể sạc và xả bổ sung) trong khi sạc nhanh, từ đó đảm bảo tính ổn định và tuổi thọ của pin lithium-ion trong quá trình sạc và xả.
Một ưu điểm khác của công nghệ này là nó cho phép tăng mật độ năng lượng của pin lithium-ion. Việc đưa các vật liệu chức năng khác vào bên trong điện cực để cải thiện hiệu suất và độ ổn định thường làm phức tạp quá trình tổng hợp và làm giảm lượng lithium thuận nghịch (hiệu suất coulombic ban đầu). Nó cũng làm tăng độ dày điện cực, dẫn đến suy giảm hiệu suất trong điều kiện sạc nhanh.
Tuy nhiên, công nghệ KERI liên quan đến việc xử lý bề mặt của cực dương than chì chứ không phải sửa đổi vật liệu than chì hoạt tính bên trong. Cách tiếp cận này đạt được hiệu suất ổn định ngay cả trong điều kiện sạc nhanh đối với các điện cực màng dày mật độ năng lượng cao mà không làm giảm lượng lithium thuận nghịch.
Các nhà nghiên cứu của KERI đang phủ một phần oxit nhôm lên bề mặt cực dương của pin lithium-ion. Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc (KERI)
Thông qua nhiều thử nghiệm khác nhau, nhóm nghiên cứu đã xác nhận rằng cực dương mật độ năng lượng cao được phủ bằng nhôm oxit (4,4 mAh/cm2) thể hiện hiệu suất đẳng cấp thế giới, duy trì hơn 83,4% công suất (tỷ lệ công suất dư) ngay cả sau 500 chu kỳ sạc nhanh. đang sạc. Họ đã xác minh hiệu suất này với pin dạng túi lên tới 500mAh. Nhóm nghiên cứu hiện đang lên kế hoạch mở rộng quy mô công nghệ để áp dụng cho các tế bào có diện tích lớn, công suất trung bình đến lớn.
Nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Tiến sĩ Choi Jeong Hee tại Trung tâm Nghiên cứu Quy trình và Vật liệu Pin của Viện Nghiên cứu Công nghệ Điện tử Hàn Quốc (KERI), với sự hợp tác của nhóm Đại học Hanyang do Giáo sư Lee Jong-Won và nhóm Đại học Kyunghee do Giáo sư Park hướng dẫn Min Sik.
Tiến sĩ Choi cho biết: “Sạc nhanh tiện lợi và mật độ năng lượng của pin lithium-ion từ lâu đã được coi là sự đánh đổi, điều này đã cản trở việc áp dụng rộng rãi xe điện”. "Công việc của chúng tôi sẽ giúp phát triển pin lithium-ion ổn định, mật độ năng lượng cao, có khả năng sạc nhanh. Tiến bộ này sẽ góp phần thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi xe điện hơn và hỗ trợ đạt được mục tiêu trung hòa carbon quốc gia."
Bằng sáng chế đã được đăng ký ở cả Hàn Quốc và Hoa Kỳ.
