Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Tạo ra một pin lithium-ion có thể sạc trong vài phút nhưng vẫn hoạt động ở công suất cao là có thể. Sự phát triển này có tiềm năng cải thiện hiệu suất pin cho thiết bị điện tử tiêu dùng, lưu trữ lưới điện mặt trời và xe điện.
Theo một nghiên cứu từ Viện Bách khoa Rensselaer vừa được công bố trên tạp chí Nature Communications, việc tạo ra một pin lithium-ion có thể sạc trong vài phút nhưng vẫn hoạt động với công suất cao là có thể . Sự phát triển này có tiềm năng cải thiện hiệu suất pin cho thiết bị điện tử tiêu dùng, lưu trữ lưới điện mặt trời và xe điện.
Một pin lithium-ion tích điện và phóng điện khi các ion lithium di chuyển giữa hai điện cực, được gọi là cực dương và cực âm. Trong pin lithium-ion truyền thống, cực dương được làm bằng than chì, còn cực âm được cấu tạo từ oxit lithium coban.
Các vật liệu này hoạt động tốt với nhau, đó là lý do tại sao pin lithium-ion ngày càng trở nên phổ biến, nhưng các nhà nghiên cứu tại Rensselaer tin rằng chức năng này có thể được tăng cường hơn nữa.
“Cách để làm cho pin tốt hơn là cải thiện các vật liệu được sử dụng cho các điện cực”, Nikhil Koratkar, giáo sư cơ khí, hàng không vũ trụ và kỹ thuật hạt nhân tại Rensselaer, đồng thời là tác giả của bài báo cho biết. “Những gì chúng tôi đang cố gắng làm là làm cho công nghệ lithium-ion thậm chí còn tốt hơn về hiệu suất.”
Nghiên cứu sâu rộng của Koratkar về công nghệ nano và lưu trữ năng lượng đã đưa ông vào một trong những nhà nghiên cứu được trích dẫn nhiều nhất trên thế giới. Trong công trình gần đây nhất này, Koratkar và nhóm của ông đã cải thiện hiệu suất bằng cách thay thế oxit coban bằng vanadi disulfide (VS2).
“Nó mang lại cho bạn mật độ năng lượng cao hơn, bởi vì nó nhẹ. Và nó cho bạn khả năng sạc nhanh hơn, bởi vì nó có tính dẫn điện cao. Từ những quan điểm đó, chúng tôi đã bị thu hút bởi vật liệu này”, Koratkar, cũng là giáo sư của Bộ Vật liệu Khoa học và Kỹ thuật.
Sự phấn khích xung quanh tiềm năng của VS2 đã phát triển trong những năm gần đây, nhưng cho đến bây giờ, Koratkar cho biết, các nhà nghiên cứu đã bị thách thức bởi sự bất ổn của nó – một đặc điểm sẽ dẫn đến tuổi thọ pin ngắn. Các nhà nghiên cứu Rensselaer không chỉ xác định lý do tại sao sự bất ổn đó xảy ra, mà còn phát triển một cách để chống lại nó.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm Vincent Meunier, trưởng bộ môn Vật lý, Vật lý ứng dụng và Thiên văn học, và những người khác, đã xác định rằng việc chèn lithium gây ra sự bất cân xứng trong khoảng cách giữa các nguyên tử vanadi, được gọi là biến dạng Peierls, chịu trách nhiệm cho sự tan vỡ của vảy VS2. Họ đã phát hiện ra rằng phủ lớp vảy bằng lớp phủ titan disulfide (TiS2) – một vật liệu không làm biến dạng Peierls – sẽ ổn định lớp vảy VS2 và cải thiện hiệu suất của chúng trong pin.
“Điều này là mới. Mọi người đã không nhận ra đây là nguyên nhân cơ bản”, Koratkar nói. “Lớp phủ TiS2 hoạt động như một lớp đệm. Nó giữ vật liệu VS2 lại với nhau, cung cấp hỗ trợ cơ học.”
Khi vấn đề đó được giải quyết, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng các điện cực VS2-TiS2 có thể hoạt động với công suất cụ thể cao, hoặc lưu trữ rất nhiều điện tích trên mỗi đơn vị khối lượng. Koratkar nói rằng kích thước và trọng lượng nhỏ của vanadi và lưu huỳnh cho phép chúng mang lại mật độ năng lượng và năng lượng cao. Kích thước nhỏ của chúng cũng sẽ góp phần vào một pin nhỏ gọn.
Khi sạc được thực hiện nhanh hơn, Koratkar nói, công suất không giảm đáng kể như thường thấy với các điện cực khác. Các điện cực có thể duy trì công suất hợp lý bởi vì, không giống như oxit coban, vật liệu VS2-TiS2 có tính dẫn điện.
Koratkar thấy nhiều ứng dụng cho khám phá này trong việc cải thiện pin xe hơi, cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử cầm tay và lưu trữ năng lượng mặt trời trong đó dung lượng cao là quan trọng, nhưng tốc độ sạc cũng tăng hấp dẫn.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Học viện Bách khoa Rensselaer . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :