Quy trình mới có vẻ ngăn ngừa sự mất mát năng lượng không thể đảo ngược trong pin

Thông thường, khi pin được sạc đầy dung lượng thường chỉ ở 70-90% mật độ năng lượng lý thuyết có thể được lưu trữ, do sự mất đi vĩnh viễn của các ion Li có thể xảy ra trong giai đoạn hình thành sản xuất pin.

Trong nỗ lực khắc phục điều này và ngăn chặn sự mất mát ban đầu của các ion Li, các nhà khoa học từ Viện Khoa học và Khoa học Hàn Quốc Công nghệ (KIST) đã phát triển một giải pháp tiền xử lý điện cực có khả năng giảm thiểu sự mất ion Li ban đầu này trong cực dương hỗn hợp than chì-silicon oxit (SiOx, 0.5 ≤ x 1.5).

Sau khi được nhúng vào dung dịch, cực dương, bao gồm 50% SiOx, thể hiện sự mất mát Li không đáng kể, cho phép một tế bào đầy đủ thể hiện mật độ năng lượng gần lý tưởng.

Hầu hết các loại pin Li thương mại sử dụng cực dương bằng than chì, nhưng SiOx đã thu hút được sự chú ý đáng kể do dung lượng cao, lớn hơn gấp 5-10 lần so với than chì. Tuy nhiên, SiOx cũng tiêu thụ Li hoạt tính nhiều gấp ba lần so với than chì. Kết quả là, một điện cực hỗn hợp, bao gồm hỗn hợp than chì và SiOx, đã được quảng bá như một sự thay thế cho các cực dương thế hệ tiếp theo thực tế.

Trong khi có sự gia tăng tương ứng trong công suất của các điện cực tổng hợp graphite-SiOx ở tỷ lệ SiOx cao hơn, thì cũng có sự gia tăng mất mát Li ban đầu. Do đó, tỷ lệ hàm lượng SiOx trong điện cực tổng hợp graphite-SiOx phải được giới hạn ở mức 15%, vì tăng tỷ lệ lên 50% sẽ dẫn đến mất mát Li ban đầu là 40%.

Để chống lại điều này, nhóm nghiên cứu tại KIST đã phát triển một quy trình trong đó điện cực được nhúng vào một giải pháp duy nhất để giảm tiêu thụ Li bởi điện cực SiOx. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã áp dụng quy trình này cho vật liệu composite graphite-SiOx với tiềm năng thương mại hóa đáng kể.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các giải pháp tiền xử lý được phát triển trước đây sẽ gây ra sự chèn không mong muốn của các phân tử dung môi có ion Li vào graphit, do khả năng xen kẽ linh hoạt của graphit. Sự xen kẽ của các phân tử dung môi lớn này dẫn đến sự phá vỡ cấu trúc của điện cực tổng hợp graphite-SiOx. Để ngăn ngừa sự cố điện cực, các nhà nghiên cứu đã phát triển một giải pháp thay thế sử dụng dung môi hòa tan yếu để giảm sự tương tác giữa dung môi và các ion Li. Giải pháp này cho phép chèn chọn lọc các ion Li vào vật liệu hoạt động, đảm bảo cung cấp ổn định lượng Li bổ sung cho điện cực tổng hợp graphite-SiOx.

Việc tiêu thụ Li ban đầu đã được ngăn chặn hoàn toàn sau khi điện cực graphite-SiOx được nhúng vào dung dịch do nhóm nghiên cứu phát triển trong khoảng 1 phút, thậm chí ở tỷ lệ 50% SiOx. Do đó, điện cực cho thấy hiệu suất ban đầu cao gần 100%, cho thấy sự mất mát Li không đáng kể (≤ 1%) trong điện tích ban đầu. Các điện cực được phát triển thông qua quá trình này có công suất cao hơn 2.6 lần so với cực dương bằng than chì thông thường, đồng thời duy trì 87.3% công suất ban đầu sau 250 chu kỳ sạc / xả.

Theo Tiến sĩ Minah Lee từ KIST, “Theo kết quả của nghiên cứu này, chúng tôi có thể tăng hàm lượng SiOx trong các cực dương composite graphite-SiOx lên hơn 50%, trái ngược với tỷ lệ 15% cho phép của các vật liệu thông thường, làm có thể sản xuất pin lithium ion với công suất lớn hơn và cải thiện quãng đường đi của những chiếc xe điện trong tương lai. ”

Tiến sĩ Jihyun Hong, đồng nghiên cứu tại KIST, tiếp tục nói thêm, "Công nghệ này an toàn và phù hợp để sản xuất hàng loạt, và do đó có khả năng được thương mại hóa."