Khi nhiệt độ xuống dưới mức đóng băng, pin lithium-ion không thể tích điện nhiều nên chúng không thể sạc lại hiệu quả. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Giao thông Trung Quốc cho biết họ hiện đã khắc phục được vấn đề này bằng cách thay thế cực dương than chì truyền thống trong các thiết bị này bằng vật liệu gốc carbon “gập ghềnh”. Cấu trúc mới duy trì khả năng lưu trữ có thể sạc lại ở nhiệt độ -20°C, cho phép sử dụng trong môi trường lạnh như những môi trường ở độ cao lớn, trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và thám hiểm biển sâu cũng như trong các phương tiện chạy điện khác. cần phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.
Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng từ điện thoại di động đến xe điện. Những thiết bị này có công suất cao và mật độ năng lượng cao, có nghĩa là chúng có thể lưu trữ rất nhiều điện tích rất nhanh. Trong quá trình sạc, các ion lithium di chuyển từ cực âm sang cực dương thông qua chất điện phân, thường được làm từ muối lithium hòa tan trong dung môi hữu cơ lỏng. Tuy nhiên, ở nhiệt độ gần 0 độ C, cực dương trong các thiết bị này có thể không truyền được điện tích – một hiện tượng được gọi là suy giảm công suất nghiêm trọng.
Cấu trúc bề mặt anode biến đổi
Các nhà nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng sự định hướng phẳng của than chì trong cực dương của pin lithium-ion là nguyên nhân làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng của pin ở nhiệt độ lạnh. Trong nghiên cứu mới, một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Vương Xi of Trường Khoa học Vật lý và Kỹ thuật Đại học Giao thông và Jiannian Yao từ Phòng thí nghiệm khoa học phân tử quốc gia Bắc Kinh do đó đã chọn sửa đổi cấu trúc bề mặt của cực dương này nhằm cải thiện quá trình truyền năng lượng trong điện cực.
Để chế tạo vật liệu “gập ghềnh” mới của mình, Wang, Yao và các đồng nghiệp bắt đầu bằng cách nung nóng vật liệu zeolit chứa coban, gọi là ZIF-67, ở nhiệt độ cao. Điều này tạo ra một bề mặt được làm từ các ống nano carbon 12 mặt có độ cong dương, giống như một cái bát. Vật liệu này có công suất thuận nghịch – thước đo dung lượng của pin sau nhiều chu kỳ – là 624 mAh/g ở -20°C, tương đương với 85.9% công suất năng lượng ở nhiệt độ phòng. Ngay cả ở -35°C, dung lượng thuận nghịch vẫn được giữ ở mức 160 mAh/g sau 200 chu kỳ.
Mở rộng phạm vi ứng dụng cho pin Li-ion
Tính toán của các nhà nghiên cứu cho thấy rằng bề mặt mới gập ghềnh trên thực tế đã đánh thức hoạt động chậm chạp của cực dương Li-ion ở nhiệt độ thấp nhờ sự tích tụ cục bộ của các điện tích chiếm vị trí không đồng phẳng.2 các quỹ đạo lai hóa. Những khoản phí tích lũy này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển phí.
Chiến lược bánh sandwich giúp pin lithium thể rắn có tuổi thọ lâu hơn
Wang cho biết: “Nghiên cứu này có thể mở rộng phạm vi ứng dụng cho pin Li-ion ở nhiệt độ thấp”. “Từ góc độ lý thuyết, ý tưởng sẽ là xây dựng một cầu nối giữa hiệu suất nhiệt độ thấp của Li+ việc lưu trữ và hình học của nó thông qua cấu trúc điện tử, có thể mở ra con đường nghiên cứu mới cho các vật liệu điện cực tiên tiến,” ông nói Thế giới vật lý.
Các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng cực dương mới chưa được tối ưu hóa và vẫn còn nhiều điều chưa biết cần giải quyết. Wang cho biết: “Tất nhiên, chúng tôi đang tìm kiếm sự hợp tác từ các phòng thí nghiệm khác để mở rộng hơn nữa tính thực tiễn của công việc này”.
Họ trình bày chi tiết về nghiên cứu của họ trong Trung tâm ACS. Khoa học.
