Vật liệu mới cho phép pin kim loại lithium đạt được tuổi thọ siêu dài

Phóng viên Nhật báo Khoa học và Công nghệ Zhao Hanbin

Trong lĩnh vực vật liệu năng lượng mới, làm thế nào để đạt được mật độ năng lượng cao hơn, pin kim loại lithium an toàn hơn và bền hơn luôn là vấn đề lớn trong cộng đồng nghiên cứu khoa học. Vào ngày 6 tháng 9, phóng viên được biết từ Đại học Vân Nam rằng nhóm của Giáo sư Guo Hong từ Trường Vật liệu và Năng lượng của trường đại học này đã thiết kế một loại chất điện phân polymer có chức năng amide mới, mang lại sự đảm bảo chắc chắn cho hoạt động lâu dài của thiết bị. pin kim loại lithium. Các kết quả liên quan đã được công bố trên tạp chí quốc tế "Khoa học năng lượng và môi trường".

Trong công nghệ lưu trữ năng lượng thay đổi nhanh chóng ngày nay, pin kim loại lithium được coi là một hướng quan trọng của công nghệ pin trong tương lai do mật độ năng lượng cao và tiềm năng cải thiện an toàn, trong đó việc tối ưu hóa hiệu suất điện phân rắn là đặc biệt quan trọng. Mặc dù các chất điện phân polymer truyền thống có những ưu điểm như tiếp xúc giao diện tốt và tiềm năng lớn cho sản xuất công nghiệp, nhưng chúng phải đối mặt với những thách thức như tính chất cơ học không đủ, hiệu suất truyền ion lithium (Li+) thấp và độ ổn định kém của giao diện điện cực hoặc chất điện phân trong các ứng dụng thực tế. Những vấn đề này hạn chế nghiêm trọng hiệu suất và tuổi thọ của pin kim loại lithium.

Sơ đồ thiết kế vật liệu có chức năng amide. Ảnh do người được phỏng vấn cung cấp

Để đối phó với những thách thức này, nhóm của Giáo sư Guo Hong đã đề xuất một chiến lược thiết kế phân tử sáng tạo. Bằng cách giới thiệu các vị trí amit dồi dào, một mạng lưới siêu phân tử có thứ bậc độc đáo đã được xây dựng, kết hợp khéo léo liên kết ngang hóa học lâu dài và liên kết hydro thuận nghịch, để chất điện phân polyme có tính linh hoạt tuyệt vời trong khi vẫn duy trì độ bền cơ học cao. Quan trọng hơn, việc đưa vào các vị trí amit cung cấp kênh truyền nhanh và thuận nghịch cho các ion lithium, cải thiện đáng kể độ dẫn ion của chất điện phân. Ngoài ra, hiệu ứng tiền khử hòa tan của toàn bộ ma trận polymer càng thúc đẩy hơn nữa hiệu suất truyền của các ion lithium, làm cho sự di chuyển của chúng trong chất điện phân nhanh hơn và đồng đều hơn.

Ngoài hiệu suất truyền dẫn tuyệt vời, chất điện phân polymer mới này còn có thể tạo thành một lớp giao diện ổn định trên bề mặt điện cực, ngăn chặn hiệu quả sự hình thành các sợi nhánh lithium và sự xuất hiện của các phản ứng phụ giữa các bề mặt. Sợi nhánh lithium là một vấn đề phổ biến trong pin kim loại lithium. Chúng không chỉ gây đoản mạch pin mà còn đẩy nhanh quá trình lão hóa của pin. Do đó, độ ổn định của giao diện được tăng cường kép này là rất quan trọng để cải thiện độ an toàn của pin và tuổi thọ của chu kỳ.

Kết quả thử nghiệm cho thấy pin kim loại lithium sử dụng chất điện phân mới này đã cho thấy độ bền đáng kinh ngạc trong các thử nghiệm theo chu kỳ. Trong điều kiện sạc và xả đầy, pin có điện cực dương lithium iron phosphate và điện cực âm lithium metal vẫn có tỷ lệ duy trì dung lượng là 96,5% sau 850 chu kỳ; trong khi pin có điện cực dương lithium coban oxit duy trì 96,8% công suất sau 300 chu kỳ.

Người ta hiểu rằng thành tựu mới này là một sự đổi mới lớn trong thiết kế chất điện phân thể rắn, chứng tỏ tiềm năng to lớn của nó trong các ứng dụng thực tế, cung cấp những ý tưởng mới để giải quyết nhiều thách thức mà pin kim loại lithium phải đối mặt, đồng thời đặt nền tảng lý thuyết và vật liệu vững chắc. nền tảng cho sự phát triển trong tương lai của pin thể rắn có hiệu suất cao hơn và tuổi thọ cao hơn, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng và các lĩnh vực khác.

Pin kiềm

Pin cacbon

Pin cúc áo