Pin lithium-lưu huỳnh thế hệ tiếp theo: Các nhà khoa học phát triển nguyên mẫu dung lượng cao, diện tích lớn
của Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ quốc gia
KERI đã giới thiệu một công nghệ tiên tiến kết hợp CNT thành đơn và nhóm chức oxy để khắc phục những hạn chế của pin lithium-lưu huỳnh. Nguồn: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
Nhóm của Tiến sĩ Park Jun-woo tại Trung tâm nghiên cứu pin thế hệ tiếp theo của KERI đã vượt qua một trở ngại lớn đối với việc thương mại hóa pin lithium-lưu huỳnh thế hệ tiếp theo và phát triển thành công nguyên mẫu dung lượng cao, diện tích lớn. Công trình này được công bố trên tạp chí Advanced Science.
Pin lithium-lưu huỳnh, bao gồm lưu huỳnh làm cực âm (+) và kim loại lithium làm cực dương (-), có mật độ năng lượng lý thuyết cao hơn tám lần so với pin lithium-ion, cho thấy tiềm năng đáng kể. Ngoài ra, nó sử dụng lưu huỳnh (S) dồi dào thay vì các nguyên tố đất hiếm đắt tiền, giúp tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Là một loại pin thứ cấp nhẹ và bền, pin lithium-lưu huỳnh được coi là một lĩnh vực công nghệ quan trọng thúc đẩy kỷ nguyên di chuyển trên không trong đô thị (UAM).
Tuy nhiên, pin lithium-lưu huỳnh tạo ra polysulfide lithium làm chất trung gian trong quá trình sạc và xả. Những chất này di chuyển giữa catốt và anot, gây ra các phản ứng hóa học không cần thiết làm giảm tuổi thọ và hiệu suất của pin. Đây là trở ngại lớn nhất đối với việc thương mại hóa pin lithium-lưu huỳnh.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm của Tiến sĩ Park Jun-woo đã giới thiệu một công nghệ tiên tiến kết hợp ống nano carbon thành đơn (SWCNT) với nhóm chức oxy. SWCNT là vật liệu thế hệ tiếp theo có độ bền vượt trội hơn thép và độ dẫn điện tương đương với đồng, trong khi nhóm chức oxy tăng cường sự phân tán của SWCNT trong pin.
SWCNT này kết hợp với các nhóm chức oxy giúp ổn định điện cực, có thể giãn nở trong quá trình sạc và xả, đồng thời kiểm soát hiệu quả quá trình hòa tan và khuếch tán của polysulfide lithium. Do đó, lượng lưu huỳnh, vật liệu hoạt động, bị mất đi đáng kể.
Nguyên mẫu pin lithium-lưu huỳnh dạng túi 1.000mAh (1Ah) linh hoạt do KERI phát triển. Nguồn: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
Nguyên mẫu pin lithium-lưu huỳnh dạng túi 1.000mAh (1Ah) do KERI tạo ra bằng cách xếp chồng các điện cực dày linh hoạt. Nguồn: Viện nghiên cứu công nghệ điện tử Hàn Quốc
Ngoài ra, tính linh hoạt cao của SWCNT và bản chất ưa nước (thân thiện với dung môi) của nhóm chức oxy cho phép tạo ra các bề mặt đồng đều và mịn trong quá trình chế tạo điện cực, cho phép thiết kế các loại pin có diện tích lớn, dung lượng cao.
Kết quả là, nhóm nghiên cứu đã có thể sản xuất một điện cực dày linh hoạt có kích thước 50x60mm và lắp ráp thành công thành nguyên mẫu pin lithium-lưu huỳnh dạng túi 1.000mAh (1Ah). Nguyên mẫu này chứng minh hiệu suất cao, duy trì hơn 85% dung lượng ngay cả sau 100 chu kỳ sạc-xả.
Tiến sĩ Park Jun-woo cho biết, "Công nghệ của chúng tôi không chỉ vượt qua được thách thức lớn nhất của pin lithium-lưu huỳnh thông qua sự kết hợp của các nhóm chức năng SWCNT và oxy, mà còn đạt được thiết kế và phát triển nguyên mẫu của các điện cực linh hoạt có diện tích lớn, dung lượng cao. Đây là một kết quả toàn diện.
"Chúng tôi đã đặt nền tảng cho khuôn khổ có thể áp dụng trong các bối cảnh công nghiệp thực tế, đánh dấu một thành tựu quan trọng mở ra tiềm năng thương mại hóa thực tế của pin lithium-lưu huỳnh thế hệ tiếp theo."
