Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Năng lượng sinh học và Quy trình sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng với các cộng tác viên từ các tổ chức quốc tế, đã giới thiệu một chiến lược đồng nhất hóa catốt mới cho pin lithium thể rắn hoàn toàn (ASLB). Tiến bộ này, được trình bày chi tiết trong một bài báo trên tạp chí Nature Energy, giúp tăng cường tuổi thọ chu kỳ và mật độ năng lượng của ASLB, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong công nghệ lưu trữ năng lượng.
ASLB hiện tại phải đối mặt với những thách thức do catốt composite không đồng nhất, đòi hỏi các chất phụ gia không hoạt động về mặt điện hóa để cải thiện khả năng dẫn điện. Những chất phụ gia này, mặc dù cần thiết, làm giảm mật độ năng lượng và tuổi thọ chu kỳ của pin vì chúng không tương thích với catốt oxit nhiều lớp có thể thay đổi đáng kể về thể tích trong quá trình hoạt động.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một giải pháp sử dụng vật liệu không biến dạng, Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3 (LTG0.25PSSe0.2), thể hiện độ dẫn điện hỗn hợp ion và điện tử tuyệt vời. Vật liệu này đảm bảo vận chuyển điện tích hiệu quả trong suốt quá trình (xả) mà không cần thêm chất phụ gia dẫn điện.
Tiến sĩ Cui Longfei, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu từ Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Rắn (SERGY) tại QIBEBT cho biết: “Chiến lược đồng nhất hóa catốt của chúng tôi thách thức thiết kế catốt không đồng nhất thông thường. Bằng cách loại bỏ nhu cầu về các chất phụ gia không hoạt động, chúng tôi tăng cường mật độ năng lượng và kéo dài tuổi thọ chu kỳ của pin”.
Vật liệu LTG0.25PSSe0.2 cho thấy các số liệu hiệu suất ấn tượng, bao gồm dung lượng riêng là 250 mAh g–1 và thay đổi thể tích tối thiểu chỉ 1,2%. Một catốt đồng nhất được làm hoàn toàn bằng LTG0.25PSSe0.2 cho phép ASLB ở nhiệt độ phòng đạt được hơn 20.000 chu kỳ hoạt động ổn định và mật độ năng lượng cao là 390 Wh kg−1 ở cấp độ cell.
Giáo sư Ju Jiangwei, đồng tác giả liên hệ của nghiên cứu từ SERGY, cho biết: “Các chỉ số về độ ổn định và hiệu suất của vật liệu rất ấn tượng, khiến nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng thương mại trong xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn”.
Sự tiến bộ này được hỗ trợ bởi các thử nghiệm mở rộng và tính toán lý thuyết, xác nhận tính ổn định điện hóa và cơ học của catốt đồng nhất. Các phân tích cho thấy không có phản ứng hóa học bất lợi hoặc tăng điện trở đáng kể sau chu kỳ kéo dài.
Ngoài ASLB, các loại pin khác, bao gồm pin natri thể rắn, pin lithium-ion, pin lithium-lưu huỳnh, pin natri-ion và pin nhiên liệu, cũng phải đối mặt với những thách thức với các điện cực không đồng nhất. Các hệ thống này thường gặp phải tình trạng không tương thích về cơ hóa học và điện hóa, làm giảm hiệu suất chung của pin.
Bằng cách giải quyết những thách thức chính trong ASLB, chiến lược này đặt nền tảng cho những đổi mới trong tương lai về công nghệ lưu trữ năng lượng. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch khám phá thêm khả năng mở rộng của vật liệu LTG0.25PSSe0.2 và khả năng tích hợp của nó vào các hệ thống pin thực tế.
EVMAGZ
