Loại pin thế hệ mới 'chấp' mọi điều kiện khắc nghiệt: Lạnh -40 độ C và nóng 55 độ C

5 giờ trướcBài gốc

Các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Sư phạm Nam Trung Quốc vừa phát triển thành công một loại chất điện phân polymer thể rắn mới, giúp pin lithium kim loại hoạt động ổn định trên một phạm vi nhiệt độ cực rộng mà vẫn duy trì được hiệu suất điện áp cao. Nghiên cứu mang tính đột phá này đã được công bố chính thức trên tạp chí khoa học eScience Energy. Đây được xem là giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các hệ thống lithium-ion thông thường nhờ việc thay thế các chất điện phân lỏng dễ cháy bằng vật liệu rắn an toàn hơn, đồng thời giải quyết triệt để các thách thức lâu đời của pin thể rắn như độ dẫn ion kém, tiếp xúc điện cực yếu và dễ phân hủy ở điện áp cao.

Ảnh minh họa pin Lithium-ion.

Để vượt qua những hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chất điện phân poly(tetrahydrofuran), viết tắt là poly(THF), được hình thành trực tiếp bên trong viên pin thông qua quy trình trùng hợp tại chỗ. Bắt đầu từ một tiền chất lỏng trước khi hóa rắn, vật liệu này dễ dàng đạt được sự tiếp xúc chặt chẽ với các điện cực của pin. Bằng cách thay thế monomer 1,3-dioxolane thông thường bằng tetrahydrofuran, độ ổn định oxy hóa đã được cải thiện rõ rệt, cho phép chất điện phân chịu được mức điện áp lên tới 4.9 volt. Tiếp đó, việc đưa ethylene glycol diglycidyl ether làm chất liên kết ngang đã tạo ra cấu trúc ba chiều, bổ sung các lộ trình di chuyển cho ion lithium và nâng độ dẫn ion lên 3,3 mS/cm ở nhiệt độ phòng mà không làm ảnh hưởng đến độ ổn định điện áp.

Đặc biệt, thành phần thứ ba là lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB) đã mang lại sự kinh ngạc lớn. Không chỉ khởi động quá trình trùng hợp, LiDFOB còn tự xây dựng một "lớp áo giáp" bảo vệ chứa lithium fluoride và các hợp chất boron-oxygen-fluorine trên cả hai điện cực. Lớp giao diện này giúp giảm thiểu các phản ứng phụ không mong muốn, ổn định hiệu suất pin trong các chu kỳ sạc xả liên tục và phá vỡ sự đánh đổi kinh điển giữa độ ổn định và độ dẫn điện.

Khi thử nghiệm với pin lithium kim loại sử dụng cực catốt NCM811 giàu nickel và lithium cobalt oxide, viên pin vẫn duy trì sự ổn định ở điện áp cắt cao 4,5V qua hàng trăm chu kỳ sạc-xả với mức sụt giảm dung lượng tối thiểu. Đáng chú ý, pin có khả năng vận hành hoàn hảo trong khoảng từ -40 – 55 độ C. Đây là phạm vi nhiệt độ cực kỳ giá trị cho xe điện, máy bay cất hạ cánh thẳng đứng bằng điện (eVTOL) và các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện.

Môi trường lạnh giá từ lâu là khắc tinh của các loại pin.

Ngoài ra, do sử dụng phương pháp trùng hợp tại chỗ, đây là một giải pháp tích hợp trực tiếp hoạt động được ngay với các thiết bị hiện có, giúp các nhà sản xuất không cần phải đại tu dây chuyền sản xuất. Nhóm nghiên cứu tin rằng chiến lược thiết kế tương tự cuối cùng có thể ứng dụng cho các hệ thống pin gốc natri và lithium-lưu huỳnh.

An An - IE

Nguồn Người Đưa Tin : https://nguoiduatin.vn/loai-pin-the-he-moi-chap-moi-dieu-kien-khac-nghiet-lanh-40-do-c-va-nong-55-do-c-20426050606500294.htm