Các nhà nghiên cứu đã phát triển một cách mới để cải thiện hiệu suất pin lithium ion

Giáo sư Nobuyuki Zettsu thuộc Trung tâm Năng lượng và Khoa học Môi trường thuộc Bộ Hóa học Vật liệu của Đại học Shinshu ở Nhật Bản và giám đốc trung tâm, giáo sư Katsuya Teshima, đã dẫn đầu cuộc nghiên cứu.

Các tác giả công bố kết quả của họ trực tuyến vào tháng 1 năm nay trong Báo cáo khoa học.

"Do một số đặc tính nội tại của chất điện phân lỏng, chẳng hạn như số lượng vận chuyển lithium thấp, phản ứng phức tạp ở giao diện rắn / lỏng, và sự mất ổn định nhiệt, không thể đồng thời đạt được năng lượng và năng lượng cao trong bất kỳ thiết bị điện hóa hiện tại nào, "ông Nobuyuki Zettsu, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết.

Pin Lithium ion có thể sạc lại và sử dụng các thiết bị như điện thoại di động, máy tính xách tay, dụng cụ điện, và thậm chí có thể cung cấp năng lượng cho lưới điện. Chúng đặc biệt nhạy cảm với các luồng nhiệt độ, và đã được biết là gây ra hỏa hoạn hoặc thậm chí là vụ nổ. Để đối phó với các vấn đề với chất điện phân lỏng, các nhà khoa học đang nỗ lực để phát triển một loại pin rắn hoàn hảo hơn mà không có chất lỏng.

Zettsu cho biết: "Mặc dù có những lợi thế kỳ vọng của pin sạc toàn bộ, đặc tính năng lượng và mật độ năng lượng của chúng phải được cải thiện để cho phép ứng dụng trong các công nghệ như các loại xe chạy điện tầm xa. "Năng suất thấp và mật độ năng lượng thấp của pin toàn bộ rắn là một phần do thiếu các công nghệ hình thành không đồng nhất rắn và rắn có cấu tạo phù hợp với độ dẫn điện cao biểu tượng so với các thiết bị điện phân lỏng."

Zettsu và nhóm nghiên cứu của ông đã tạo ra những tinh thể chất rắn điện phân oxit dạng granat trong LiOH lỏng chảy được sử dụng làm dung môi trên bề mặt liên kết điện cực vào trạng thái rắn khi chúng lớn lên. Một hợp chất pha lê cụ thể được biết là phát triển theo hình thức cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát độ dày và diện tích kết nối trong lớp, hoạt động như một chất tách gốm.

Zettsu đã viết: "Các quan sát bằng kính hiển vi điện tử tiết lộ rằng bề mặt được bao phủ bởi các tinh thể đa giác được xác định rõ ràng. Mỗi tinh thể được kết nối với các mặt hàng láng giềng.

Zettsu cũng cho biết lớp tinh thể mới được tạo ra có thể là tách gốm lý tưởng khi xếp lớp chất điện phân vào lớp điện cực.

"Chúng tôi tin rằng phương pháp tiếp cận của chúng tôi có tính mạnh mẽ chống lại các phản ứng phụ ở giao diện có thể dẫn đến việc sản xuất các máy tách gốm lý tưởng với một giao diện mỏng và dày đặc", Zettsu đã lưu ý rằng gốm được sử dụng trong thí nghiệm đặc biệt này quá dày để sử dụng trong pin rắn. "Tuy nhiên, miễn là lớp điện cực có thể được làm mỏng đến 100 micron, lớp xếp chồng sẽ hoạt động như một pin rắn."

Một trăm micron là chiều rộng của một sợi tóc người, và hơi ít hơn hai lần độ dày của một lớp điện cực tiêu chuẩn trong các pin lithium-ion đương đại.

Zettsu cho biết pin sạc toàn bộ pin là những ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các thiết bị lưu trữ năng lượng. Zettsu cho biết, một số sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và các công ty tư nhân đang được tiến hành với mục đích cuối cùng là hiển thị các mẫu pin toàn bộ trạng thái rắn tại Thế vận hội Olympic 2020 Tokyo.

Zettsu và các nhà nghiên cứu khác dự định chế tạo các tế bào nguyên mẫu cho việc sử dụng xe điện và cho các thiết bị có thể đeo vào năm 2022.

Các cộng tác viên khác trong dự án này bao gồm các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Vật liệu của Đại học Tohoku, Viện Nghiên cứu Vật liệu Vật liệu Frontier tại Học viện Công nghệ Nagoya và Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia

Nguồn: Science Daily