Trong quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng “xanh hơn”, nhu cầu về pin sạc lithium-ion ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, cực âm của chúng thường chứa coban, một kim loại mà việc khai thác có chi phí môi trường và xã hội cao. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại ACS Central Science báo cáo đang đánh giá một loại vật liệu cực âm dựa trên carbon, dồi dào trên trái đất, có thể thay thế coban và các kim loại khan hiếm và độc hại khác mà không làm giảm hiệu suất của pin lithium-ion.
Sự phát triển cấu trúc của TAQ trong quá trình sạc/xả. Các mẫu PXRD trong operando trong vùng phản xạ (102) và cấu hình điện áp tương ứng của tế bào TAQ trong LiTFSI/DOL/DME quay vòng năm lần ở 200 mA g –1 . Sơ đồ thể hiện cơ chế chuyển pha của TAQ trong quá trình đạp xe ở 1C được hiển thị bên phải. Nhà cung cấp: Khoa học Trung ương ACS (2024). DOI: 10.1021/acscentsci.3c01478
Ngày nay, pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ điện thoại di động, máy tính xách tay cho đến xe điện. Một trong những yếu tố hạn chế để hiện thực hóa sự chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng được sản xuất bằng các nguồn tái tạo - đặc biệt đối với quá trình chuyển đổi từ ô tô chạy bằng xăng sang xe điện - là sự khan hiếm và khó khăn trong khai thác các kim loại như coban, niken và magie được sử dụng. trong sản xuất cực âm của pin sạc.
Các nhà nghiên cứu trước đây đã phát triển cực âm từ các vật liệu chứa carbon dồi dào hơn và chi phí thấp hơn, bao gồm các hợp chất organosulfur và carbonyl, nhưng những nguyên mẫu đó không thể sánh được với sản lượng năng lượng và độ ổn định của pin lithium-ion truyền thống.
Vì vậy, Mircea Dincă và các đồng nghiệp của ông muốn xem liệu các vật liệu cathode gốc carbon khác có thể thành công hơn hay không. Họ có thể đã tìm được ứng cử viên xứng đáng là bis-tetraaminobenzoquinone (TAQ). Các phân tử TAQ hình thành các cấu trúc trạng thái rắn phân lớp có khả năng cạnh tranh với hiệu suất của cực âm dựa trên coban truyền thống.
Dựa trên công trình trước đây cho thấy tính hiệu quả của TAQ trong vai trò vật liệu siêu tụ điện, nhóm của Dincă đã thử nghiệm hợp chất này ở cực âm cho pin lithium-ion. Để cải thiện độ ổn định của chu trình và tăng độ bám dính TAQ với bộ thu dòng bằng thép không gỉ của cực âm, họ đã thêm vật liệu chứa cellulose và cao su vào cực âm TAQ.
Trong cuộc trình diễn bằng chứng về khái niệm của các nhà nghiên cứu, cực âm hỗn hợp mới đã đạp xe an toàn hơn 2.000 lần, mang lại mật độ năng lượng cao hơn hầu hết các cực âm làm từ coban và được tích điện-phóng điện chỉ trong sáu phút.
Các cực âm dựa trên TAQ cần được thử nghiệm bổ sung trước khi chúng xuất hiện trên thị trường, nhưng các nhà nghiên cứu lạc quan rằng chúng có thể tạo ra pin năng lượng cao, bền lâu và sạc nhanh cần thiết để giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi toàn cầu sang tương lai năng lượng tái tạo. đó là không có coban và niken.
