Các nhà nghiên cứu từ Đại học Hồ Nam đã thiết kế một catốt oxit nhiều lớp cho pin lithium-ion có thể sạc lại, đạt được hiệu suất sạc nhanh, tuổi thọ cao và độ an toàn cao chỉ bằng một lượng coban cực thấp. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí National Science Open.
Sơ đồ minh họa về động lực học và cơ chế tiến hóa ổn định của LiNi 0,6 Co 0,2 Mn 0,2 O 2 (NCM622) (a), LiNi 0,6 Mn 0,4 O 2 (NM64) (b) và LiNi 0,6 Mn 0,4 O 2 đồng biến đổi (Co-NM64) (c). Tín dụng: Science China Press
Trong những năm gần đây, pin thứ cấp lithium-ion đã đóng vai trò quan trọng trong sự gia tăng nhanh chóng của xe điện trên toàn thế giới. Thông thường, cực âm của pin lithium-ion chứa coban để đảm bảo khả năng sạc nhanh.
Tuy nhiên, nhu cầu coban tăng cao và nguồn cung hạn chế đã làm tăng đáng kể chi phí vật liệu pin lithium-ion. Thách thức chính là giảm lượng sử dụng coban trong khi vẫn duy trì hiệu suất sạc nhanh.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp một cấu trúc hợp lý bao gồm một lớp bảo vệ dẫn điện mạnh mẽ, lớp dẫn điện ion Li+ có độ dốc và pha khối ổn định bằng cách tối ưu hóa sự phân bố coban trong các hạt catốt oxit có hàm lượng niken cao.
Phân tích cho thấy lớp bảo vệ dẫn điện mạnh mẽ, lớp dẫn điện ion Li+ gradient đã tăng cường đáng kể độ dẫn điện ion và điện tử của vật liệu. Do đó, cấu trúc này thể hiện hiệu suất tốc độ tuyệt vời (sạc nhanh) ngay cả với lượng coban cực thấp.
Ngoài ra, pha khối với sự pha trộn cation vừa phải và lớp bảo vệ dẫn điện bề mặt đảm bảo hiệu quả tính ổn định của vật liệu, đạt được độ ổn định và an toàn chu kỳ vượt trội. Về hiệu suất pin, catốt được thiết kế đã tăng gấp đôi hiệu suất tốc độ (5 C) và giữ lại 90,4% dung lượng sau 300 chu kỳ ở điện áp cao trong toàn bộ cell. Những ưu điểm này cho thấy catốt được thiết kế có tiềm năng lớn cho các ứng dụng thực tế.
"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp bằng chứng mạnh mẽ rằng thiết kế cấu trúc hợp lý có thể làm giảm đáng kể hàm lượng coban trong khi vẫn duy trì hiệu suất tốc độ cao và tuổi thọ dài của pin", Giáo sư Lu của Đại học Hồ Nam, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. "Điều này cung cấp những hiểu biết mới để phát triển vật liệu pin lithium-ion hiệu suất cao, chi phí thấp".
Hơn nữa, đối với vật liệu catốt có độ ổn định cấu trúc tốt nhưng hiệu suất động học kém, nghiên cứu chứng minh rằng việc thiết kế đồng thời cấu trúc tinh thể bề mặt và pha khối là một cách hiệu quả để đảm bảo hiệu suất điện hóa tuyệt vời với chi phí thấp hơn.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
