Trên con đường phát triển pin thể rắn hiệu suất cao: Các nhà nghiên cứu phát triển chất điện phân rắn siêu mỏng

Trên con đường phát triển pin thể rắn hiệu suất cao: Các nhà nghiên cứu phát triển chất điện phân rắn siêu mỏng

    Trên con đường phát triển pin thể rắn hiệu suất cao: Các nhà nghiên cứu phát triển chất điện phân rắn siêu mỏng

    On the way to high-performance solid-state batteries: Researchers develop ultra-thin solid electrolyte

    Biểu diễn sơ đồ: a) Chế tạo HPE, b) thiết kế lõi–vỏ dựa trên giao diện và khuếch tán Li-ion hỗ trợ HPE, c) HPEIC|Li SSB tích hợp và d) các ưu điểm của HPEIC so với chất điện phân rắn độc lập. Nguồn: Vật liệu Năng lượng Cao cấp (2022). DOI: 10.1002/aenm.202202981


    Độ tin cậy khi vận hành, độ bền và mật độ năng lượng cao: Về nguyên tắc, pin thể rắn vượt trội hơn hẳn so với pin lithium-ion điện phân lỏng thông thường. Một số vấn đề cản trở việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp—ví dụ như trong lĩnh vực điện động—là khả năng tương thích giao diện kém giữa cực âm và chất điện phân và độ dẫn ion thấp ở nhiệt độ phòng.

    Một nhóm quốc tế do Giáo sư Tiến sĩ Seema Agarwal tại Đại học Bayreuth dẫn đầu hiện đã phát triển một giải pháp: một chất điện phân rắn rất mỏng bao gồm hỗn hợp polyme-gốm. Các nhà nghiên cứu trình bày khám phá của họ trên tạp chí Advanced Energy Materials.

    Chất điện phân rắn mà các nhà nghiên cứu đã phát triển là sự kết hợp giữa polyme và sợi nano gốm. Vật liệu tổng hợp này được áp dụng—rất giống với lớp phủ—lên bề mặt xốp của cực âm. Tại đây, nó lấp đầy các khoang nhỏ, tạo thành một chất điện phân rắn tiếp xúc ổn định với cực âm và chỉ mỏng khoảng 7 micromet.

    So với các loại pin thể rắn trước đó, hệ thống mới này có đặc điểm là chất điện phân bao bọc các hạt cực âm giống như một lớp vỏ. Điều này tạo ra một giao diện được cải thiện đáng kể, có thêm lợi thế là kích hoạt các ion trong cực âm. Do sửa đổi này, chất điện phân rắn mới làm tăng khả năng lưu trữ năng lượng của pin.

    Một ưu điểm lớn khác của chất điện phân rắn siêu mỏng này tương tác với cực âm là nó làm tăng đáng kể độ tin cậy hoạt động của pin. "Pin lithium-ion thông thường sử dụng nhiều lần chất điện phân lỏng gây ra các vấn đề về an toàn. Luôn có nguy cơ chất điện phân bị rò rỉ, khiến pin bị đoản mạch và hỏng hóc. Điện thoại di động, máy tính xách tay và xe điện đã bốc cháy vì điều này, gây tai nạn nghiêm trọng.

    "Một vấn đề nữa là sự phát triển của lithium trên cực dương, cái gọi là đuôi gai giao diện, xuyên qua chất điện phân và có thể dẫn đến đoản mạch hoặc hỏa hoạn. Tất cả những rủi ro này đều được loại bỏ hoặc ít nhất là giảm đáng kể nhờ vật liệu tổng hợp siêu mỏng của chúng tôi Giáo sư Tiến sĩ Seema Agarwal, Giáo sư Hóa học Cao phân tử tại Đại học Bayreuth giải thích.

    Tác giả chính của nghiên cứu mới, Tiến sĩ Sivaraj Pazhaniswamy, chỉ ra một ưu điểm khác: "Nếu sử dụng chất điện phân rắn ổn định nhiệt thay cho chất điện phân lỏng dễ cháy, thì có thể tận dụng tối đa lithium làm vật liệu cực dương. So với các vật liệu khác được sử dụng trong pin điện phân lỏng thông thường, lithium có các đặc tính hấp dẫn cao, chẳng hạn như công suất lý thuyết cao và tiềm năng điện hóa thấp.

    "Giờ đây, do chất điện phân rắn mới của chúng tôi đã hoạt động rất xuất sắc trong quá trình tương tác với cực âm, nên chúng tôi muốn hướng tới việc tối ưu hóa các tiếp xúc giữa chất điện phân và cực dương với một hệ thống tương tự."

    Zalo
    Hotline