Trung Quốc đạt được đột phá mới trong nghiên cứu pin lithium thể rắn, tuổi thọ dài hơn và mật độ cao hơn
Vn-Z.vn Ngày 02 tháng 08 năm 2024, Theo giới truyền thông Trung Quốc đưa tin, nhóm nghiên cứu khoa học của Viện Năng lượng sinh học và Quy trình Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc gần đây đã đạt được những bước đột phá mới trong lĩnh vực pin lithium thể rắn, kỳ vọng sẽ thực hiện giấc mơ thu nhỏ thiết bị điện tử với tuổi thọ pin dài sẽ trở thành hiện thực.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí học thuật quốc tế “Nature-Energy”.
Việc sử dụng chất điện phân rắn vô cơ không cháy trong pin lithium toàn thể rắn có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các hệ thống lưu trữ năng lượng an toàn cao.
Pin lithium toàn thể rắn thường sử dụng điện cực composite bao gồm vật liệu hoạt tính của điện cực, chất dẫn điện và chất dẫn ion. Sự không khớp hoàn hảo về các tính năng hóa học, điện hóa và cơ học giữa các thành phần khác nhau có thể gây ra nhiều vấn đề về giao diện, làm giảm nghiêm trọng mật độ năng lượng và tuổi thọ của pin.
Để giải quyết vấn đề này, Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Rắn thuộc Viện Nghiên cứu Năng lượng Sinh học và Quy trình Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, dưới sự dẫn dắt của nghiên cứu viên Cui Guanglei, đã sáng tạo thiết kế một loại vật liệu cực dương đồng nhất mới — Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3. Vật liệu này có độ dẫn ion cao (0.2 mS cm−1), độ dẫn điện cao (225 mS cm−1) và dung lượng phóng điện cao (250 mA h g−1).
So với các vật liệu truyền thống, loại vật liệu này có các ưu điểm về độ dẫn điện cao, mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài, phá vỡ khuôn mẫu của điện cực composite trong pin lithium toàn thể rắn. Điều này từ cơ bản giải quyết các vấn đề đã nêu trên và tạo ra pin lithium toàn thể rắn có mật độ năng lượng cao và tuổi thọ chu kỳ dài.
Sơ đồ diễn biến cấu trúc vi mô của cực âm tổng hợp và cực âm đồng nhất trong quá trình sạc
Nhóm nghiên cứu khoa học đã phát triển một loại vật liệu catốt đồng nhất hóa vật liệu mới (lithium titan germanium photpho lưu huỳnh selen). So với các vật liệu truyền thống, vật liệu này có ưu điểm là độ dẫn điện cao, mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài.
Vật liệu này vừa có độ dẫn ion cao, vừa có độ dẫn điện tử cao, cao hơn 1.000 lần so với vật liệu pin truyền thống (vật liệu catốt oxit nhiều lớp).
Với Công nghệ pin mới, ngay cả khi không cần phụ thuộc vào chất phụ gia dẫn điện, điện cực dương vẫn có thể hoàn thành quá trình sạc và xả một cách hiệu quả, cải thiện hiệu suất tổng thể của pin.
Ngoài ra, pin lithium thể rắn sử dụng vật liệu mới này có thể đạt được chu kỳ siêu dài hơn 10.000 chu kỳ. Pin vẫn có thể duy trì 80% công suất ban đầu sau 5.000 chu kỳ sạc.
Điều này được hiểu rằng nghiên cứu này cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc phát triển thiết bị lưu trữ năng lượng với mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài, cung cấp nguồn năng lượng an toàn và bền bỉ cho các phương tiện năng lượng mới, lưới lưu trữ năng lượng, thiết bị biển sâu và không gian sâu, v.v. quan trọng cho sự phát triển của hệ thống thiết bị lưu trữ năng lượng mới, có ý nghĩa rất lớn trong tương lai.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí học thuật quốc tế “Nature-Energy”.
Việc sử dụng chất điện phân rắn vô cơ không cháy trong pin lithium toàn thể rắn có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các hệ thống lưu trữ năng lượng an toàn cao.
Pin lithium toàn thể rắn thường sử dụng điện cực composite bao gồm vật liệu hoạt tính của điện cực, chất dẫn điện và chất dẫn ion. Sự không khớp hoàn hảo về các tính năng hóa học, điện hóa và cơ học giữa các thành phần khác nhau có thể gây ra nhiều vấn đề về giao diện, làm giảm nghiêm trọng mật độ năng lượng và tuổi thọ của pin.
Để giải quyết vấn đề này, Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Rắn thuộc Viện Nghiên cứu Năng lượng Sinh học và Quy trình Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, dưới sự dẫn dắt của nghiên cứu viên Cui Guanglei, đã sáng tạo thiết kế một loại vật liệu cực dương đồng nhất mới — Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3. Vật liệu này có độ dẫn ion cao (0.2 mS cm−1), độ dẫn điện cao (225 mS cm−1) và dung lượng phóng điện cao (250 mA h g−1).
So với các vật liệu truyền thống, loại vật liệu này có các ưu điểm về độ dẫn điện cao, mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài, phá vỡ khuôn mẫu của điện cực composite trong pin lithium toàn thể rắn. Điều này từ cơ bản giải quyết các vấn đề đã nêu trên và tạo ra pin lithium toàn thể rắn có mật độ năng lượng cao và tuổi thọ chu kỳ dài.
Sơ đồ diễn biến cấu trúc vi mô của cực âm tổng hợp và cực âm đồng nhất trong quá trình sạc
Nhóm nghiên cứu khoa học đã phát triển một loại vật liệu catốt đồng nhất hóa vật liệu mới (lithium titan germanium photpho lưu huỳnh selen). So với các vật liệu truyền thống, vật liệu này có ưu điểm là độ dẫn điện cao, mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài.
Vật liệu này vừa có độ dẫn ion cao, vừa có độ dẫn điện tử cao, cao hơn 1.000 lần so với vật liệu pin truyền thống (vật liệu catốt oxit nhiều lớp).
Với Công nghệ pin mới, ngay cả khi không cần phụ thuộc vào chất phụ gia dẫn điện, điện cực dương vẫn có thể hoàn thành quá trình sạc và xả một cách hiệu quả, cải thiện hiệu suất tổng thể của pin.
Ngoài ra, pin lithium thể rắn sử dụng vật liệu mới này có thể đạt được chu kỳ siêu dài hơn 10.000 chu kỳ. Pin vẫn có thể duy trì 80% công suất ban đầu sau 5.000 chu kỳ sạc.
Điều này được hiểu rằng nghiên cứu này cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc phát triển thiết bị lưu trữ năng lượng với mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài, cung cấp nguồn năng lượng an toàn và bền bỉ cho các phương tiện năng lượng mới, lưới lưu trữ năng lượng, thiết bị biển sâu và không gian sâu, v.v. quan trọng cho sự phát triển của hệ thống thiết bị lưu trữ năng lượng mới, có ý nghĩa rất lớn trong tương lai.
