Pin lithium-metal có thể thể hiện mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với pin lithium-ion, đây là công nghệ pin chính trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên, pin lithium-metal thường có những hạn chế đáng kể, đáng chú ý nhất là tuổi thọ ngắn.
Sơ đồ cấu trúc dung môi và cơ chế phản ứng giao diện của chất điện phân CIPA và LHCE thông thường. Tín dụng: Jie et al.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc và các viện nghiên cứu khác gần đây đã giới thiệu một thiết kế chất điện phân mới có thể được sử dụng để phát triển các cell túi kim loại lithium hiệu suất cao với tuổi thọ dài hơn. Chất điện phân này, được trình bày trong một bài báo trên Nature Energy , có cấu trúc solvat hóa quy mô nanomet độc đáo, với các cặp ion được đóng gói dày đặc với nhau thành các tập hợp cặp ion nhỏ gọn (CIPA).
Giáo sư Shuhong Jiao, đồng tác giả của bài báo, chia sẻ với Tech Xplore: "Mục tiêu chính của nghiên cứu gần đây của chúng tôi là đẩy nhanh đáng kể các ứng dụng thực tế của pin lithium-kim loại và cung cấp hiểu biết sâu sắc về mặt cơ học của hệ thống phức tạp này".
"Pin Li-metal là chén thánh của lĩnh vực pin và được xem là kỹ thuật pin thế hệ tiếp theo đầy hứa hẹn, vì chúng có mật độ năng lượng cực cao, về mặt lý thuyết là >500 Wh/kg. Con số này cao hơn gấp 2 lần so với pin lithium-ion hiện đang thống trị thị trường pin, điều đó có nghĩa là nếu chúng ta có thể thay thế pin lithium-ion bằng pin lithium-metal, phạm vi hoạt động của xe điện có thể tăng gấp đôi sau mỗi lần sạc."
Pin lithium-metal được giới thiệu cho đến nay có tuổi thọ chu kỳ rất hạn chế, khoảng 50 chu kỳ, thấp hơn đáng kể so với pin lithium-ion thương mại, thường có thể duy trì hiệu suất tốt trong khoảng 1.000 chu kỳ. Lý do đằng sau tuổi thọ thấp hơn này là sự phát triển của các dendrite lithium, khả năng phản ứng cao của lithium-metal và catốt kim loại chuyển tiếp điện áp cao, cùng nhau thúc đẩy sự suy thoái liên tục của chất điện phân.
"Bất chấp những nỗ lực to lớn của các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới, hiệu suất của pin lithium-metal vẫn còn xa mới đạt yêu cầu (>500 Wh/kg, 1.000 chu kỳ)", Giáo sư Jiao cho biết. "Nguyên nhân chính là giao diện giữa chất điện phân và điện cực (tức là giao diện anode-chất điện phân và giao diện catot-chất điện phân) không thể được ổn định hoàn toàn như trong trường hợp của pin lithium-ion. Sự suy thoái chất điện phân liên tục và nghiêm trọng vẫn xảy ra trong quá trình hoạt động của pin".
Khoảng năm năm trước, Giáo sư Jiao và các đồng nghiệp của bà đã thiết kế một chất điện phân có thể đồng thời ổn định các giao diện anode-chất điện phân và catode-chất điện phân trong các cell pin lithium-metal, ngăn chặn sự phân hủy của chất điện phân. Thiết kế chất điện phân của họ dựa trên các nghiên cứu ban đầu về các quá trình lý hóa học vi mô bên trong pin lithium-metal.
"Chất điện phân là thành phần chính của pin lithium-kim loại vì nó có thể điều chỉnh tính chất hóa học/cấu trúc của SEI và do đó hướng dẫn hành vi mạ của lithium-kim loại, cuối cùng quyết định hiệu suất của pin", Giáo sư Jiao giải thích.
"Vì mục đích ứng dụng thực tế, chúng tôi đã cố gắng hiện thực hóa điều này bằng cách sử dụng các thành phần giá rẻ. Vô số công trình của các nhà nghiên cứu khác trong lĩnh vực này cũng truyền cảm hứng rất nhiều cho chúng tôi, vì họ đã giới thiệu nhiều loại chất điện phân mới như chất điện phân có nồng độ cao, chất điện phân có nồng độ cao cục bộ, chất điện phân có khả năng hòa tan yếu và chất điện phân khí hóa lỏng, v.v."
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
