Ngày 07 tháng 2024 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Những tiến bộ trong tương lai về AI và chăm sóc sức khỏe đã thu hút sự chú ý tại Triển lãm Điện tử Tiêu dùng (CES) 2024 hoành tráng về công nghệ. Tuy nhiên, công nghệ pin mới là yếu tố thay đổi cuộc chơi ở trung tâm của những đổi mới này, mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn. Điều quan trọng, xe điện là nơi công nghệ này đang được áp dụng mạnh mẽ nhất. Xe điện ngày nay có thể di chuyển quãng đường khoảng 700 km chỉ với một lần sạc, trong khi các nhà nghiên cứu đang hướng tới phạm vi hoạt động của pin là 1,000 km. Các nhà nghiên cứu đang tích cực khám phá việc sử dụng silicon, được biết đến với khả năng lưu trữ cao, làm vật liệu cực dương trong pin lithium-ion cho xe điện. Tuy nhiên, bất chấp tiềm năng của nó, việc đưa silicon vào sử dụng thực tế vẫn là một câu đố mà các nhà nghiên cứu vẫn đang nỗ lực giải quyết. Tham gia Giáo sư Soojin Park, nghiên cứu sinh Tiến sĩ Minjun Je và Tiến sĩ Hye Bin Son từ Khoa Hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH). Họ đã giải mã, phát triển hệ thống pin Li-ion mật độ năng lượng cao thế hệ tiếp theo chắc chắn và thân thiện với túi tiền bằng cách sử dụng các hạt silicon siêu nhỏ và chất điện phân gel polymer. Tác phẩm này đã được xuất bản trong Khoa học nâng cao (“Hình thành các liên kết cộng hóa trị do chùm tia điện tử tạo ra cho cực dương vi hạt silicon ổn định và có mật độ năng lượng cao”).
Sự hình thành liên kết cộng hóa trị giữa chất điện phân microsilicon và gel thông qua quá trình chùm tia điện tử. (Hình ảnh: POSTECH) Việc sử dụng silicon làm vật liệu pin đặt ra những thách thức: Nó nở ra hơn ba lần trong khi sạc và sau đó co lại về kích thước ban đầu khi xả, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin. Sử dụng silicon có kích thước nano (10-9 m) giải quyết được một phần vấn đề, nhưng quy trình sản xuất phức tạp lại phức tạp và tốn kém về mặt kinh tế, khiến nó trở thành một đề xuất ngân sách đầy thách thức. Ngược lại, silicon có kích thước siêu nhỏ (10-6m ) cực kỳ thiết thực về mặt chi phí và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, vấn đề giãn nở của các hạt silicon lớn hơn trở nên rõ ràng hơn trong quá trình hoạt động của pin, đặt ra những hạn chế cho việc sử dụng nó làm vật liệu cực dương. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng chất điện phân gel polymer để phát triển hệ thống pin dựa trên silicon tiết kiệm nhưng ổn định. Chất điện phân trong pin lithium-ion là thành phần quan trọng, tạo điều kiện cho sự chuyển động của các ion giữa cực âm và cực dương. Không giống như chất điện phân lỏng thông thường, chất điện phân dạng gel tồn tại ở trạng thái rắn hoặc gel, được đặc trưng bởi cấu trúc polymer đàn hồi có độ ổn định tốt hơn so với chất lỏng tương tự. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng chùm tia điện tử để hình thành liên kết cộng hóa trị giữa các hạt vi silicon và chất điện phân dạng gel. Các liên kết cộng hóa trị này có tác dụng phân tán ứng suất bên trong do sự giãn nở thể tích trong quá trình vận hành pin lithium-ion, làm giảm bớt những thay đổi về thể tích vi silicon và tăng cường độ ổn định cấu trúc. Kết quả thật đáng chú ý: Pin cho thấy hiệu suất ổn định ngay cả với các hạt silicon siêu nhỏ (5μm), lớn hơn hàng trăm lần so với các hạt được sử dụng trong cực dương nano-silicon truyền thống. Ngoài ra, hệ thống điện phân silicon-gel do nhóm nghiên cứu phát triển còn thể hiện tính dẫn ion tương tự như pin thông thường sử dụng chất điện phân lỏng, với mật độ năng lượng được cải thiện khoảng 40%. Hơn nữa, hệ thống của nhóm có giá trị đáng kể nhờ quy trình sản xuất đơn giản, sẵn sàng để áp dụng ngay. Giáo sư Soojin Park nhấn mạnh: “Chúng tôi sử dụng cực dương micro-silicon nhưng chúng tôi có pin ổn định. Nghiên cứu này đưa chúng ta đến gần hơn với hệ thống pin lithium-ion mật độ năng lượng cao thực sự.”
Sự hình thành liên kết cộng hóa trị giữa chất điện phân microsilicon và gel thông qua quá trình chùm tia điện tử. (Hình ảnh: POSTECH) Việc sử dụng silicon làm vật liệu pin đặt ra những thách thức: Nó nở ra hơn ba lần trong khi sạc và sau đó co lại về kích thước ban đầu khi xả, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin. Sử dụng silicon có kích thước nano (10-9 m) giải quyết được một phần vấn đề, nhưng quy trình sản xuất phức tạp lại phức tạp và tốn kém về mặt kinh tế, khiến nó trở thành một đề xuất ngân sách đầy thách thức. Ngược lại, silicon có kích thước siêu nhỏ (10-6m ) cực kỳ thiết thực về mặt chi phí và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, vấn đề giãn nở của các hạt silicon lớn hơn trở nên rõ ràng hơn trong quá trình hoạt động của pin, đặt ra những hạn chế cho việc sử dụng nó làm vật liệu cực dương. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng chất điện phân gel polymer để phát triển hệ thống pin dựa trên silicon tiết kiệm nhưng ổn định. Chất điện phân trong pin lithium-ion là thành phần quan trọng, tạo điều kiện cho sự chuyển động của các ion giữa cực âm và cực dương. Không giống như chất điện phân lỏng thông thường, chất điện phân dạng gel tồn tại ở trạng thái rắn hoặc gel, được đặc trưng bởi cấu trúc polymer đàn hồi có độ ổn định tốt hơn so với chất lỏng tương tự. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng chùm tia điện tử để hình thành liên kết cộng hóa trị giữa các hạt vi silicon và chất điện phân dạng gel. Các liên kết cộng hóa trị này có tác dụng phân tán ứng suất bên trong do sự giãn nở thể tích trong quá trình vận hành pin lithium-ion, làm giảm bớt những thay đổi về thể tích vi silicon và tăng cường độ ổn định cấu trúc. Kết quả thật đáng chú ý: Pin cho thấy hiệu suất ổn định ngay cả với các hạt silicon siêu nhỏ (5μm), lớn hơn hàng trăm lần so với các hạt được sử dụng trong cực dương nano-silicon truyền thống. Ngoài ra, hệ thống điện phân silicon-gel do nhóm nghiên cứu phát triển còn thể hiện tính dẫn ion tương tự như pin thông thường sử dụng chất điện phân lỏng, với mật độ năng lượng được cải thiện khoảng 40%. Hơn nữa, hệ thống của nhóm có giá trị đáng kể nhờ quy trình sản xuất đơn giản, sẵn sàng để áp dụng ngay. Giáo sư Soojin Park nhấn mạnh: “Chúng tôi sử dụng cực dương micro-silicon nhưng chúng tôi có pin ổn định. Nghiên cứu này đưa chúng ta đến gần hơn với hệ thống pin lithium-ion mật độ năng lượng cao thực sự.”
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64611.php
