Pin lithium 'Workhorse' có thể mạnh hơn nhờ thiết kế mới

July 11, 2018

Giáo sư kỹ thuật hóa học của Đại học Cornell, Lynden Archer, tin rằng cần phải có một công nghệ pin "cách mạng" - và nghĩ rằng phòng thí nghiệm của ông đã bắn một trong những bức ảnh đầu tiên.

"Những gì chúng ta có bây giờ [trong công nghệ pin lithium-ion] thực sự là ở giới hạn khả năng của nó," Archer nói. "Pin lithium-ion, đã trở thành động lực trong việc cung cấp năng lượng cho các công nghệ điện tử mới, hoạt động với hơn 90% dung lượng lưu trữ lý thuyết của nó. Các kỹ thuật nhỏ có thể dẫn đến pin tốt hơn với nhiều dung lượng hơn, nhưng đây không phải là giải pháp lâu dài . "

"Bạn cần một loại thay đổi tư duy cấp tiến," ông nói, "và điều đó có nghĩa là bạn đã gần như bắt đầu ngay từ đầu."

Snehashis "Sne" Choudhury, Ph.D. '18, đã đưa ra những gì Archer điều khiển một giải pháp "thanh lịch" cho một vấn đề cơ bản với pin sạc có sử dụng cực dương kim loại năng lượng dày đặc: đôi khi bất ổn thảm khốc do nhánh gai, là gai lithium phát triển từ cực dương các ion di chuyển qua lại qua chất điện phân trong các chu kỳ sạc và xả.

Nếu dendrite phá vỡ thông qua các phân cách và đạt đến cực âm, ngắn mạch và lửa có thể xảy ra. Chất điện phân rắn đã được chứng minh để ngăn chặn sự tăng trưởng dendrite một cách máy móc, nhưng với chi phí vận chuyển ion nhanh. Giải pháp của Choudhury: Tăng trưởng dendrite bí ẩn bởi cấu trúc của chất điện phân, có thể được kiểm soát về mặt hóa học.

Sử dụng quy trình phản ứng mà nhóm Archer đã giới thiệu vào năm 2015, họ sử dụng "hạt nano lông kết nối chéo" - một mảnh ghép của hạt nano silica và polymer hóa (polypropylen) - để tạo ra chất điện phân xốp có hiệu quả kéo dài các ion tuyến phải đi từ cực dương đến cực âm và ngược lại, làm tăng đáng kể tuổi thọ của cực dương.

Bài báo của họ, "Electrodeposition Electrodeposition of Metals in Electrolytes," được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia . Choudhury và Dylan Vu - một chuyên gia cao cấp về kỹ thuật hóa học - là những đồng tác giả đầu tiên.

Choudhury, người đứng đầu Đại học Stanford cho công việc sau tiến sĩ của mình, cũng nghĩ ra một phương pháp trực quan hóa các hoạt động bên trong của pin thử nghiệm của họ. Nhóm đã xác nhận các dự đoán lý thuyết về tăng trưởng dendrite với thiết bị của Choudhury.

"Đây là điều tôi muốn làm, tôi đoán là, ba đời của các sinh viên tiến sĩ", Archer, người từng ở Cornell từ năm 2000, nói với một tiếng cười. "Điều mà Sne có thể làm là thiết kế một tế bào cho phép chúng ta, rất tao nhã, hình dung những gì đang xảy ra ở giao diện kim loại lithium, cho chúng ta khả năng vượt xa những dự đoán lý thuyết."

Một tính mới của công trình này, Archer cho biết, là "đảo lộn một cái gì đó của một canon" trong khoa học pin. Từ lâu, để ngăn chặn sự phát triển của dendrite, dấu phân cách bên trong pin phải mạnh hơn kim loại mà nó đang cố gắng ngăn chặn, nhưng tách polyme xốp của Choudhury - với kích thước lỗ chân lông dưới 500 nanomet - đã bị bắt sự tăng trưởng.