Chúng tôi đã xem xét khái niệm về Pin Lithium thể rắn và các ứng dụng của chúng trong cuộc sống trước khi tiến hành tìm hiểu Pin Lithium: Silicon thể rắn.
Pin Lithium thể rắn có nghĩa là gì?
Pin Lithium thể rắnpin có hai thành phần và là loại pin có hai thành phần phổ biến nhất.“điện cực” và “chất điện phân”đều ở trạng thái rắn. Các quốc gia như Trung Quốc, Đài Loan và Nhật Bản đang tập trung nghiên cứu và phát triển công nghệ này, đây là công nghệ tiên tiến. Công nghệ pin thể rắn được dự đoán là có thể được giới thiệu.pin lithium-iontừ vị trí thống trị như hiện tại và chiếm lĩnh ngôi vị đầu bảng.
Pin thường và pin thể rắn khác nhau về "môi trường" điện li (Nguồn: autotimes.vn)
Đây là công nghệ pin mới tiên tiến và sẽ được sử dụng trong tương lai. Tầu thuyền, ô tô, xe máy, tàu thuyền, máy bay,... kể cả các phương tiện trong quân đội, đều sử dụng pin thể rắn.
Có rất nhiều loại pin thể rắn hiện có. Việc sử dụng các vật liệu như thế nào để tạo ra cực dương, cực âm và chất điện phân rắn hữu cơ hay vô cơ là rất quan trọng. Các thành phần như oxit, phốt phát, sulfur, polyether, gốc nitrile, polyester và polyurethane là những ví dụ về các chất đang được điều tra và lựa chọn để sử dụng trong tương lai.
Pin Lithium: Silicon thể rắn
Quay lại vớiPin Lithium-Silicon thể rắn. Silicon đã được biết đến từ lâu là vật liệu cực dương có mật độ năng lượng cao hơn 10 lần so với cực dương bằng than chì được sử dụng trong ắc quy hiện đại.
Tuy nhiên, các cực dương silicon có xu hướng giãn nở và suy giảm hiệu suất nhanh chóng trong quá trình sạc và phóng điện, đặc biệt là khi chất điện phân lỏng hiện đang được sử dụng trong pin lithium-ion. Đây là rào cản thương mại hóa mẫu pin silicon sử dụng cực dương silicon.
Trong khi pin thể rắn (ắc quy khô) sử dụng chất rắn thay cho chất điện phân lỏng và cực dương lithium kim loại cần được giữ ở nhiệt độ cao (khoảng 60 độ C) trong quá trình sạc. Do đó, nhiệt độ của nó phải được sưởi ấm trong thời tiết lạnh, tiêu tốn nhiều năng lượng.
Nhóm nghiên cứu kỹ thuật nano đến từ đại học tổng hợp California San Diego (UC San Diego) đã công bố thử nghiệm thành công mẫu pin mới này trong một bài báo được đăng vào tháng 9/2021 trên tạp chí Science. Pin thể rắn silicon là một mũi tên trúng hai đích.
Như đã thấy trong hình minh, quy trình 4 bước như sau sẽ được hiển thị:
- 1. Tất cả pin ở trạng thái rắn đều có lớp hỗn hợp catốt, lớp điện phân rắn sunfua và cực dương vi silicon không chứa cacbon.
- 2. Các hạt Silicon vi mô rời rạc kết hợp với nhau để tạo thành cực dương dày đặc năng lượng trước khi sạc. Các ion Lithium dương di chuyển từ cực âm sang cực dương trong quá trình sạc pin và giao diện 2D ổn định được tạo ra.
- 3. Các hạt hợp kim Lithium-Silicon (Li-Si) được tạo ra khi có nhiều ion Lithium di chuyển vào cực dương và phản ứng với vi Silicon. Phản ứng diễn ra trong suốt điện cực.
- 4. Điện cực hợp kim Li-Si dày đặc được tạo ra do phản ứng giãn nở và đông đặc của các vi hạt Silicon. Tính toàn vẹn và sự tiếp xúc dọc theo mặt phẳng giao diện 2D được duy trì và hoạt động tốt hơn nhờ các đặc tính cơ học của hợp kim Li-Si và chất điện ly rắn.
Theo nhóm nghiên cứu, những thử nghiệm ban đầu cho thấy pin mới an toàn, tuổi thọ cao và có mật độ năng lượng cao.Các nhà phát triển đã khẳng định rằng điều này nhằm mục đích cung cấp nhiều loại ứng dụng khác nhau, từ lưu trữ điện lưới đến ô tô điện.
Nhóm đã chỉ ra rằng một tế bào pin đầy đủ (quy mô phòng thí nghiệm) đã thực hiện 500 chu kỳ sạc mà vẫn giữ 80% dung lượng trong đó, đây được coi là thành công bước đầu rất đáng chú ý.
Nhóm nghiên cứu đã loại bỏ carbon và các chất kết dính đi kèm trong các cực dương được làm hoàn toàn bằng silicon để đạt được kết quả đáng khích lệ này.
Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu về việc sử dụng chất điện phân rắn có nguồn gốc sulfua làm chất điện phân. Các nhà khoa học đã tránh được hiện tượng giảm dung lượng và một loạt các vấn đề phát sinh khi cực dương bị ngâm trong chất điện phân lỏng bằng cách hoán đổi chất điện phân lỏng lấy chất điện phân rắn và loại bỏ cacbon và chất kết dính khỏi cực dương silicon.
Các pin thông thường có một số hạn chế và phương pháp silicon ở trạng thái rắn có thể khắc phục được.Nó mang đến những lựa chọn hấp dẫn để đáp ứng nhu cầu của thị trường về năng lượng thể tích cao hơn, giá cả phải chăng hơn và pin chất lượng cao hơn, đặc biệt là để sử dụng trong dự trữ lưới điện.
Công ty Giải pháp Năng lượng LG đã hỗ trợ cuộc thi Sáng tạo Pin (BIC) để thực hiện nghiên cứu này. Nhóm cho biết rằng để có thể bán sản phẩm tiên tiến này ra thị trường, công trình vẫn đang ở trong giai đoạn thử nghiệm và cần rất nhiều nỗ lực khác nhau.
Tạp chí Điện tử
Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống
Tham gia bình luận