Chỉ cần thêm nước – Các nhà nghiên cứu kéo dài tuổi thọ pin lithium kim loại lên đến 750%
Tổng hợp và đặc tính của màng bảo vệ C-Li@P cho lithium kim loại.
Lithium kim loại, một vật liệu cực âm thế hệ mới, đã được chú ý đến như một giải pháp để vượt qua những giới hạn về hiệu suất của pin thương mại. Tuy nhiên, các vấn đề vốn có của lithium kim loại đã dẫn đến tuổi thọ pin ngắn hơn và tăng nguy cơ cháy nổ. Các nhà nghiên cứu tại KAIST đã đạt được một bước đột phá mang tầm thế giới khi kéo dài tuổi thọ của cực âm lithium kim loại lên khoảng 750% chỉ bằng cách sử dụng nước.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials.
Giáo sư Il-Doo Kim từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của KAIST, cùng với Giáo sư Jiyoung Lee từ Đại học Ajou, đã thành công trong việc ổn định sự phát triển của lithium và cải thiện đáng kể tuổi thọ của pin lithium kim loại thế hệ mới bằng cách sử dụng các sợi nano rỗng thân thiện với môi trường làm lớp bảo vệ.
Các công nghệ lớp bảo vệ thông thường, sử dụng lớp phủ bề mặt trên lithium kim loại để tạo ra giao diện nhân tạo với chất điện phân, thường dựa vào các quy trình độc hại và vật liệu đắt tiền, với những cải tiến hạn chế trong việc kéo dài tuổi thọ của cực âm lithium kim loại.
Để khắc phục những hạn chế này, nhóm của Giáo sư Kim đã đề xuất một lớp bảo vệ sợi nano rỗng có khả năng kiểm soát sự phát triển của ion lithium thông qua cả cơ chế vật lý và hóa học. Lớp bảo vệ này được sản xuất thông qua một quy trình quay điện thân thiện với môi trường, sử dụng nhựa guar chiết xuất từ thực vật làm vật liệu chính và chỉ sử dụng nước làm dung môi duy nhất.
Lớp bảo vệ sợi nano này đã kiểm soát hiệu quả các phản ứng hóa học có thể đảo ngược giữa chất điện phân và ion lithium. Các khoảng trống rỗng trong sợi đã ngăn chặn sự tích tụ ngẫu nhiên của ion lithium trên bề mặt kim loại, ổn định giao diện giữa bề mặt lithium kim loại và chất điện phân.
Kết quả là, các cực âm lithium kim loại với lớp bảo vệ này đã thể hiện tuổi thọ tăng khoảng 750% so với các cực âm lithium kim loại thông thường. Pin vẫn giữ được 93,3% dung lượng ngay cả sau 300 chu kỳ sạc-xả, đạt hiệu suất đẳng cấp thế giới.
Các nhà nghiên cứu cũng xác nhận rằng lớp bảo vệ tự nhiên này phân hủy hoàn toàn trong đất sau khoảng một tháng, chứng minh tính thân thiện với môi trường trong suốt quá trình sản xuất và xử lý.
Giáo sư Il-Doo Kim giải thích:
“Bằng cách tận dụng cả chức năng bảo vệ vật lý và hóa học, chúng tôi đã có thể hướng dẫn các phản ứng có thể đảo ngược giữa lithium kim loại và chất điện phân một cách hiệu quả hơn, đồng thời ngăn chặn sự phát triển của các tua dendrite, mang lại các cực âm lithium kim loại với đặc tính tuổi thọ chưa từng có.”
“Khi vấn đề gánh nặng môi trường do sản xuất và xử lý pin trở nên cấp bách vì nhu cầu pin tăng cao, phương pháp sản xuất dựa trên nước với tính chất phân hủy sinh học này sẽ đóng góp đáng kể vào việc thương mại hóa các loại pin thân thiện với môi trường thế hệ mới.”
