Pin lithium-ion là tương lai của công nghệ năng lượng bền vững, nhưng sự dao động âm lượng mạnh mẽ ở các cực dương của chúng liên quan đến dung lượng pin, làm dấy lên lo ngại về vấn đề an toàn cho người dùng.
Gần đây, các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc đã phát hiện ra rằng việc nhúng các cực dương mangan selen vào ma trận tấm nano carbon 3D là một phương pháp sáng tạo, đơn giản và tiết kiệm chi phí để giảm sự giãn nở khối lượng trong khi cải thiện mật độ năng lượng của các loại pin này.
Ảnh minh hoạ. Nguồn: InternetPin Lithium-ion (LIB), là một nguồn năng lượng tái tạo cho các thiết bị điện hoặc xe điện, thu hút nhiều sự chú ý như một giải pháp năng lượng thế hệ mới. Tuy nhiên, cực dương của LIB được sử dụng ngày nay có nhiều điểm bất cập, từ độ dẫn điện tử ion thấp và thay đổi cấu trúc trong chu kỳ sạc / xả đến dung lượng cụ thể thấp, dẫn đến làm hạn chế hiệu suất của pin.
Để tìm kiếm một vật liệu cực dương tốt hơn, Tiến sĩ Jun Kang của Đại học Hàng hải và Đại dương Hàn Quốc, cùng với các đồng nghiệp của ông từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc, đã thiết kế một loại cực dương, nhờ vào các đặc điểm cấu trúc độc đáo của nó, giải quyết nhiều hạn chế thường thấy. Tiến sĩ Kang giải thích, "Chúng tôi tập trung vào mangan selen (MnSe), một hợp chất kim loại chuyển tiếp, giá cả phải chăng, được biết đến với độ dẫn điện cao và khả năng ứng dụng trong việc phát triển chất bán dẫn và siêu tụ điện - như một ứng cử viên khả dĩ cho cực dương LIB tiên tiến.
Trong nỗ lực ngăn chặn sự thay đổi thể tích này, các nhà nghiên cứu nói trên đã phát triển một quy trình đơn giản với chi phí thấp: họ truyền đồng nhất các hạt nano MnSe vào ma trận tấm nano cacbon xốp ba chiều (hay 3DCNM). Trong vật liệu cực dương mới được phát triển (mà họ gọi là "MnSe ⊂ 3DCNM"), giá đỡ tấm nano cacbon mang lại cho các hạt nano MnSe được neo cố định với nhiều ưu điểm, chẳng hạn như số lượng vị trí hoạt động cao và vùng tiếp xúc được tăng cường với chất điện phân, bảo vệ chúng khỏi sự giãn nở khối lượng mạnh mẽ.
Các nhà nghiên cứu đã có thể tổng hợp nhiều loại vật liệu MnSe ⊂ 3DCNM. Trong số này, họ nhận thấy MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 thể hiện khả năng ổn định chu kỳ và tốc độ tốt nhất. Khi kết hợp với lithium mangan (III, IV) oxit (LiMn2O4, một vật liệu catốt thường được sử dụng) trong một tế bào đầy đủ, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 tiếp tục chứng minh các đặc tính điện hóa vượt trội, bao gồm động học vận chuyển điện tử và ion lithium vượt trội.
Nhóm rất vui mừng về những tác động tiềm năng với những gì họ nghiên cứu được. Tiến sĩ Kang giải thích, "Bằng cách sử dụng giàn giáo chất độn dẫn điện, chúng tôi đã phát triển một cực dương giúp tăng hiệu suất pin đồng thời cho phép lưu trữ năng lượng có thể đảo ngược. Chiến lược này có thể đóng vai trò định hướng cho các selen kim loại chuyển tiếp khác có diện tích bề mặt cao và cấu trúc nano ổn định, với các ứng dụng trong hệ thống lưu trữ, điện phân và chất bán dẫn."
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210722163006.htm
Hà Trần (Theo ScienceDaily)
