Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Năng lượng sinh học và Quy trình sinh học Qingdao – QIBEBT (Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology) đã tạo ra một vật liệu catot mới để tăng tuổi thọ của pin lithium hoàn toàn ở thể rắn (pin lithium rắn), do đó cải thiện khả năng ứng dụng thương mại của chúng. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng pin lithium rắn hoàn toàn sử dụng chất điện phân rắn ít có khả năng rò rỉ và cháy hơn so với pin lithium-ion lỏng thông thường, được sử dụng rộng rãi trong xe điện, điện thoại di động và máy tính. (1) Catot (cathode): là một điện cực vật lý mà từ đó dòng điện rời khỏi một thiết bị điện phân cực.
Theo Tiến sĩ Ju Jiangwei, một nhà nghiên cứu từ viện QIBEBT, cực âm mới cung cấp cho pin lithium rắn độ dẫn điện cao, khả năng xả điện riêng cao, thay đổi thể tích nhỏ, mật độ năng lượng cao và tuổi thọ cao so với pin lithium rắn trước đây. Vật liệu cực âm đồng nhất, giúp tăng cường độ an toàn và hiệu suất của pin lithium rắn.
Tiến sĩ Ju cho biết vật liệu mới đạt độ dẫn điện và ion cao hơn 1.000 lần so với vật liệu catot pin truyền thống. Nó cũng có thể trải qua chu kỳ sạc và xả mà không cần chất phụ gia dẫn điện, giúp đơn giản hóa quy trình chuẩn bị pin và cải thiện hiệu suất của pin lithium rắn.
Sự thay đổi thể tích 1,2% của vật liệu mới trong quá trình sạc và xả có lợi hơn cho việc duy trì độ ổn định của cấu trúc pin so với vật liệu truyền thống, có thể tích điện tích hơn 2,6%. Pin vật liệu mới cũng giữ lại 80% dung lượng ban đầu sau 5.000 chu kỳ sạc và xả.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng mật độ năng lượng của pin vật liệu mới lên tới 390 Wh (watt giờ) trên một kg, phản ánh tuổi thọ pin dài hơn 1,3 lần so với pin lithium-ion tiên tiến nhất trên thị trường.
Vật liệu gốc của vật liệu catot ban đầu được chú ý trong một bài báo do ông John Bannister Goodenough công bố năm 2008 và đoạt giải Nobel. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng vật liệu này có khả năng dẫn ion tuyệt vời, nhưng do thành phần nguyên tố của nó nên nhóm phải mất hai năm để tổng hợp được vật liệu gốc.
Tiến sĩ Ju nói rằng: “Trái với kỳ vọng của chúng tôi, độ dẫn ion của vật liệu này thấp, trong khi độ dẫn điện lại cao. Do đó, trước tiên chúng tôi cải thiện độ dẫn ion bằng cách pha tạp kim loại germani, sau đó cố gắng tăng độ dẫn điện bằng cách thay thế lưu huỳnh bằng selen và cuối cùng đã thu được vật liệu mới”.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc thay thế kim loại germani bằng silicon có thể giúp giảm chi phí sản xuất pin và góp phần thương mại hóa toàn bộ pin lithium rắn.
Tiến sĩ Ju cho biết: “Chúng tôi chuẩn bị vật liệu này theo từng đợt nhỏ và dự kiến sẽ đạt được sản lượng lớn trong hai đến ba năm. Về mặt chi phí, chúng tôi hy vọng trong tương lai sẽ phát triển một vật liệu mới có thành phần ít lithium hơn. Nếu thành công, chi phí của pin lithium rắn sunfua có thể giảm xuống còn 30% so với pin lithium lỏng”.
Trong tương lai, các nhà nghiên cứu cũng sẽ tập trung vào việc tái chế pin lithium thể rắn. Các phát hiện trong quá trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Energy.
Để xem các tin bài khác về “Pin lithium”, hãy nhấn vào đây
Nguồn: Electronics Online
