Vn-Z.vn Ngày 02 tháng 09 năm 2021, Theo nghiên cứu của nhóm Stanford , pin muối Nature mới nhất có thể đạt mật độ năng lượng lớn gấp 6 lần so với pin Lithium. 200mAh / g, là dung lượng cụ thể của pin lithium có thể sạc lại chính thống. 1200mAh / g, là dung lượng cụ thể của loại pin sạc "muối" mới nhất. Như vậy mật độ năng lượng trực tiếp tăng lên 6 lần!
Hình ảnh pin sạc Na / Cl2 và Li / Cl2 mới nhất của nhóm Stanford
Công nghệ pin này có thể đảo chiều theo chu kỳ ở dung lượng cụ thể là 1200mAh / g và hiệu suất kết hợp trung bình lớn hơn 99%. Dung lượng cụ thể lần xả đầu tiên có thể đạt 2800mAh / g.
Nhóm tác giả nghiên cứu về pin mới đã được tạp chí Nature công bố bao gồm đồng tác giả là Tiến sĩ Zhu Guanzhou từ Đại học Stanford và Tiến sĩ Tian Xin từ Đại học Giao thông Tây Nam.
Điện cực dương của pin này là carbon vi xốp cao (aCNS) và điện cực âm là natri hoặc lithium. Chất điện phân ban đầu bao gồm nhôm clorua và phụ gia florua hòa tan trong thionyl clorua (SOCl2).
Trong số đó, cacbon vi lượng cao là vật liệu cacbon có cấu trúc nanosphere, chứa nhiều lỗ xốp siêu mịn và có thể hấp thụ và lưu giữ một lượng lớn phân tử clo.
Khi pin được sạc, các phân tử clo được bắt giữ và lưu trữ trong các lỗ rỗng của các hạt nano cacbon; khi phóng điện, clo được chuyển thành natri clorua.
Hình minh họa quá trình sạc và xả pin Na / Cl2
Quá trình oxy hóa khử này giữa lithium clorua hoặc natri clorua và clo là phản ứng chính thúc đẩy khả năng thuận nghịch của pin muối.
Hiệu ứng oxy hóa khử này cung cấp khả năng sạc lại cho điện cực dương, trong khi chất điện phân rắn kiềm-clorua được pha tạp chất kiềm-florua sẽ ổn định điện cực âm. Khi phóng điện, các sản phẩm khác nhau của pin SOCl2 trong giai đoạn oxy hóa / tích điện bị giảm.
Kết quả thử nghiệm cuối cùng cho thấy pin có thể vượt quá 200 chu kỳ ở điện áp phóng điện 3,5v và dung lượng 1200mAh mỗi gam.
Hiệu suất Coulomb có thể lớn hơn 99% và hiệu suất năng lượng (tỷ lệ giữa công suất phóng điện với công suất nạp đầu vào mỗi chu kỳ) cũng lớn hơn 90%. Trong lần xả đầu tiên, dung lượng cụ thể của pin có thể đạt 2800mAh / g, và điện áp xả trung bình khoảng 3.2V.
Trên thực tế, ngay từ đầu nhóm nghiên cứu đã không nhắm vào pin Na / Cl2 và Li / Cl2 có thể sạc lại được. Họ chỉ muốn sử dụng Thionyl chloride để cải thiện công nghệ pin hiện có.
Tuy nhiên bước ngoặt xảy ra trong các thí nghiệm ban đầu của họ về clo và natri clorua. Trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford phát hiện ra rằng khi sự chuyển đổi của một chất hóa học này thành một chất hóa học khác ổn định theo một cách nào đó, một số khả năng sạc lại xảy ra. Các nhà khoa học đã mất hơn 1 năm mới nhận ra điều này.
Trong vài năm tiếp theo, nhóm nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu các phản ứng hóa học thuận nghịch và tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau trên vật liệu cực âm của pin. Cuối cùng, họ đã chọn vật liệu carbon xốp với cấu trúc nanosphere để làm điện cực, giúp cải thiện hiệu suất.
Nhóm nghiên cứu cho biết, mục tiêu quan trọng nhất của họ là cho phép xe điện đi được quãng đường gấp 6 lần quãng đường trung bình hiện nay, hoặc cho phép điện thoại di động có thể được sử dụng trong một tuần chỉ với một lần sạc. Công nghệ này sẽ được ứng dụng vào các thiết bị như cảm biến từ xa vệ tinh không thể sạc thường xuyên . Đây là đối tượng được hưởng lợi từ pin sạc hiệu suất cao trong tương lai. Nhiều vệ tinh pin cạn kiệt chỉ có thể lơ lửng trên quỹ đạo và không thể sử dụng lại.
Nếu các vệ tinh trong tương lai được trang bị pin sạc có tuổi thọ cao hơn, chẳng hạn như pin sạc năng lượng mặt trời, thì tuổi thọ của vệ tinh cũng sẽ được kéo dài.
Vn-Z.vn team tham khảo https://www.nature.com/articles/s41586-021-03757-z
Hình ảnh pin sạc Na / Cl2 và Li / Cl2 mới nhất của nhóm Stanford
Nhóm tác giả nghiên cứu về pin mới đã được tạp chí Nature công bố bao gồm đồng tác giả là Tiến sĩ Zhu Guanzhou từ Đại học Stanford và Tiến sĩ Tian Xin từ Đại học Giao thông Tây Nam.
Điện cực dương của pin này là carbon vi xốp cao (aCNS) và điện cực âm là natri hoặc lithium. Chất điện phân ban đầu bao gồm nhôm clorua và phụ gia florua hòa tan trong thionyl clorua (SOCl2).
Trong số đó, cacbon vi lượng cao là vật liệu cacbon có cấu trúc nanosphere, chứa nhiều lỗ xốp siêu mịn và có thể hấp thụ và lưu giữ một lượng lớn phân tử clo.
Khi pin được sạc, các phân tử clo được bắt giữ và lưu trữ trong các lỗ rỗng của các hạt nano cacbon; khi phóng điện, clo được chuyển thành natri clorua.
Hình minh họa quá trình sạc và xả pin Na / Cl2
Quá trình oxy hóa khử này giữa lithium clorua hoặc natri clorua và clo là phản ứng chính thúc đẩy khả năng thuận nghịch của pin muối.
Kết quả thử nghiệm cuối cùng cho thấy pin có thể vượt quá 200 chu kỳ ở điện áp phóng điện 3,5v và dung lượng 1200mAh mỗi gam.
Hiệu suất Coulomb có thể lớn hơn 99% và hiệu suất năng lượng (tỷ lệ giữa công suất phóng điện với công suất nạp đầu vào mỗi chu kỳ) cũng lớn hơn 90%. Trong lần xả đầu tiên, dung lượng cụ thể của pin có thể đạt 2800mAh / g, và điện áp xả trung bình khoảng 3.2V.
Trên thực tế, ngay từ đầu nhóm nghiên cứu đã không nhắm vào pin Na / Cl2 và Li / Cl2 có thể sạc lại được. Họ chỉ muốn sử dụng Thionyl chloride để cải thiện công nghệ pin hiện có.
Tuy nhiên bước ngoặt xảy ra trong các thí nghiệm ban đầu của họ về clo và natri clorua. Trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford phát hiện ra rằng khi sự chuyển đổi của một chất hóa học này thành một chất hóa học khác ổn định theo một cách nào đó, một số khả năng sạc lại xảy ra. Các nhà khoa học đã mất hơn 1 năm mới nhận ra điều này.
Trong vài năm tiếp theo, nhóm nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu các phản ứng hóa học thuận nghịch và tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau trên vật liệu cực âm của pin. Cuối cùng, họ đã chọn vật liệu carbon xốp với cấu trúc nanosphere để làm điện cực, giúp cải thiện hiệu suất.
Nhóm nghiên cứu cho biết, mục tiêu quan trọng nhất của họ là cho phép xe điện đi được quãng đường gấp 6 lần quãng đường trung bình hiện nay, hoặc cho phép điện thoại di động có thể được sử dụng trong một tuần chỉ với một lần sạc. Công nghệ này sẽ được ứng dụng vào các thiết bị như cảm biến từ xa vệ tinh không thể sạc thường xuyên . Đây là đối tượng được hưởng lợi từ pin sạc hiệu suất cao trong tương lai. Nhiều vệ tinh pin cạn kiệt chỉ có thể lơ lửng trên quỹ đạo và không thể sử dụng lại.
Nếu các vệ tinh trong tương lai được trang bị pin sạc có tuổi thọ cao hơn, chẳng hạn như pin sạc năng lượng mặt trời, thì tuổi thọ của vệ tinh cũng sẽ được kéo dài.
Vn-Z.vn team tham khảo https://www.nature.com/articles/s41586-021-03757-z
