Buzz
Khác biệt hoàn toàn với các loại pin truyền thống, pin thể rắn mới không chỉ tăng mật độ năng lượng mà còn đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ lâu dài, hứa hẹn mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp xe điện.
Nhóm nghiên cứu Nhật Bản đã phát triển thành công pin lithium-ion (LIB) bán rắn chống cháy, khắc phục những nhược điểm của pin truyền thống. Pin này sử dụng điện cực silicon và NCM811 cùng chất điện phân không cháy, giúp tăng khả năng tương thích và hiệu suất.
Công nghệ này được phát triển bởi các nhà khoa học từ Đại học Doshisha và Tập đoàn TDK, kết hợp chất điện phân lỏng và rắn để nâng cao độ an toàn và độ bền. Thông thường, việc tăng mật độ năng lượng của điện cực dương và âm sẽ làm giảm hiệu suất chu kỳ và an toàn, nhưng phát minh này đã tạo ra sự cân bằng hoàn hảo.
Ảnh minh họa.
Nhóm nghiên cứu cho biết, thiết kế này mang lại giải pháp an toàn và bền vững hơn so với pin hoàn toàn rắn, đồng thời vẫn duy trì mật độ năng lượng cao.
"Tính an toàn và hiệu suất sạc/xả được cải thiện đã chứng minh tính khả thi của pin bán rắn như một công nghệ gần tương lai," nhóm nghiên cứu nhấn mạnh trong báo cáo.
Bề mặt tiếp xúc pin ổn định
Pin LIB đang không ngừng được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao và hỗ trợ công nghệ bền vững. Cải thiện an toàn, độ tin cậy, mật độ năng lượng, khả năng tái chế và tính thân thiện với môi trường vẫn là những mục tiêu hàng đầu. Dù chất điện phân hữu cơ cho phép pin LIB hoạt động ở điện áp cao, chúng yêu cầu các biện pháp an toàn nghiêm ngặt. Chất điện phân rắn mang lại giải pháp an toàn hơn, thúc đẩy sự phát triển của pin thể rắn toàn phần.
Ảnh minh họa.
Tuy nhiên, pin thể rắn gặp thách thức trong việc duy trì bề mặt tiếp xúc rắn - rắn do sự co giãn của điện cực trong quá trình sạc/xả. Để khắc phục, cần các vật liệu "liên giao diện" có tính đàn hồi, không cháy và độ dẫn ion cao.
Hiệu suất vượt trội của pin LIB
Thiết kế của nhóm bao gồm điện cực âm silicon (Si) và điện cực dương LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) — cả hai đều được xem là vật liệu tiên tiến cho thế hệ pin LIB tiếp theo.
Một tấm gốm thủy tinh dẫn ion lithium rắn (LICGCTM) từ OHARA được sử dụng để ngăn cách các điện cực. Nhóm nghiên cứu đã phát triển các dung dịch chất điện phân không cháy, gần bão hòa, được tối ưu hóa cho từng loại điện cực để nâng cao khả năng tương thích và hiệu suất.
Ảnh minh họa.
Các dung dịch này sử dụng tris (2,2,2-trifluoromethyl) phosphate và methyl 2,2,2-trifluoromethyl carbonate nhờ khả năng tương thích cao với giao diện chất điện phân rắn và các điện cực.
Các tế bào pin bán rắn dạng túi với dung lượng 30 mAh đạt được hiệu suất điện hóa vượt trội, độ ổn định nhiệt cao và khả năng dẫn ion hiệu quả.
Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp đo nhiệt gia tốc (ARC), thử nghiệm sạc-xả và phân tích trở kháng điện hóa để đánh giá độ ổn định nhiệt và hiệu suất điện hóa của loại pin LIB bán rắn này.
Kết quả cho thấy pin có khả năng sạc/xả ấn tượng, hiệu suất chu kỳ bền bỉ và sự thay đổi trở kháng bên trong không đáng kể. Ngay cả ở nhiệt độ cao khoảng 150°C, cấu trúc Si-LICGC-NCM811 cùng các dung dịch chất điện phân tương ứng vẫn duy trì độ ổn định nhiệt tốt và hạn chế sinh nhiệt từ các phản ứng phụ.
Ảnh minh họa.
"Pin LIB mới này có tiềm năng thúc đẩy sự phát triển của các phương tiện điện thế hệ tiếp theo và các thiết bị không dây như máy bay không người lái. Ứng dụng rộng rãi của nó không chỉ nâng cao sự tiện lợi cho người dùng mà còn góp phần vào tăng trưởng kinh tế bền vững," nhóm nghiên cứu khẳng định trong một tuyên bố.
