Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ sáu, 29/03/2024 | 03:24

Thứ sáu, 29/03/2024 | 03:24

Tin KHCN

Cập nhật lúc 08:37 ngày 24/01/2022

Giải pháp nâng cao phẩm chất pin nạp lại Ni-MH thân thiện môi trường

Pin nạp lại Ni-MH hiện đã có mặt trên thị trường với nhiều đặc tính nổi bật như mật độ dòng lớn, thời gian sống dài, quá trình phóng nạp ổn định và thân thiện với môi trường. Chính vì vậy, loại pin này đang dần thay thế pin chì và pin Ni-Cd trong các thiết bị di động cần mật độ năng lượng lớn.
ThS. Lê Quyết Thắng – Chủ nhiệm đề tài cho biết, cấu tạo của pin Ni-MH gồm 3 thành phần chính là điện cực âm chế tạo từ vật liệu Metal Hydrid, điện cực dương chế tạo từ vật liệu Ni(OH)2, giữa hai điện cực chứa dung dịch điện ly dẫn ion. Trong đề tài này, nhóm thực hiện tập trung vào nghiên cứu vật liệu gốc LaNi5 – một hợp chất đã được biết đến và được nghiên cứu rất nhiều do khả năng hấp thụ và giải phóng một lượng lớn khí hydrô ở nhiệt độ phòng. Đặc điểm này đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật và một trong những ứng dụng đó là chế tạo cực âm cho pin nạp lại Ni-MH.
ThS. Thắng chia sẻ, trong quá trình thực hiện đề tài, không phải lúc nào nhóm cũng gặp thuận lợi, suôn sẻ. Mặc dù hệ vật liệu LaNi5 có cấu trúc kiểu lục giác xếp chặt CaCu5, có khả năng hấp thụ hidro tới 25% trọng lượng nhưng độ bền thấp, quá trình phóng nạp kém ổn định. “Do đó, chúng tôi quyết định chọn giải pháp thay thế Ni bởi Ga và Mg nhằm nâng cao hiệu suất phóng nạp, tăng dung lượng và kéo dài thời gian sống” – ThS. Thắng cho hay.
Hệ 3 điện cực trong phép đo điện hoá của pin Ni-MH (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Sau nhiều tháng nghiên cứu, nhóm đã chế tạo thành công hệ mẫu vật liệu LaNi5-xMx (M = Ga, Mg; x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 và 0,5) bằng phương pháp nấu chảy hồ quang trong môi trường khí Ar với kim loại ban đầu La, Ni, Ga và Mg có độ sạch trên 99,98%. Vật liệu LaNi5 sau pha tạp là đơn pha với cấu trúc dạng CaCu5.
ThS. Thắng cho biết thêm, vật liệu được giảm kích thước bằng cách nghiền bi tới kích thước cỡ 50 µm, sau đó nghiền thành tinh tới kích thước nanomet. Cụ thể, hệ LaNi5-xGax được nghiền với các thời gian khác nhau 5h, 10h, 15h và 20h, kích thước hạt vật liệu giảm tương ứng là 500nm, 300nm, 150nm và 50nm. Trong khi đó, hệ LaNi5-xMgx được nghiền với các thời gian khác nhau 1h, 2h, 3h và 4h, kích thước hạt vật liệu giảm tương ứng là 3,23µm; 1,94µm; 1,52µm và 0,87µm.
Ảnh SEM của mẫu LaNi5 (a) và LaNi4,5Ga0,5 (b) sau 20h nghiền (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Sau khi nghiền, đặc trưng tinh thể của cả hai hệ vật liệu có giảm nhẹ nhưng vẫn giữ nguyên cấu trúc CaCu5. Bên cạnh đó, khi kích thước hạt vật liệu giảm, dung lượng của điện cực đã tăng đáng kể. Đồng thời, thời gian sống của các điện cực kéo dài hơn, quá trình phóng nạp của vật liệu ổn định và dễ dàng hơn. Đây là phương pháp khá mới để tăng phẩm chất của vật liệu điện cực âm MH.
Thiết bị FE-SEM S-4800 được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
“Đối với hệ LaNi5-xGax, dung lượng gần như tăng tuyến tính theo thời gian nghiền tăng từ 0 đến 20h. Trong khi đó, hệ LaNi5-xMgx, khi thời gian nghiền tăng từ 0 đến 3h dung lượng tăng theo thời gian nghiền nhưng khi nghiền tới 4h thì dung lượng lại giảm. Kết quả này cho thấy, đối với mỗi loại vật liệu cụ thể sẽ có một kích thước hạt cho ta dung lượng cao nhất” – ThS. Lê Quyết Thắng khẳng định.
Có thể nói, các kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu nâng cao phẩm chất pin nạp lại Ni-MH, nguồn năng lượng tái tạo chất lượng cao không gây ô nhiễm môi trường” là tiền đề cho việc nghiên cứu và ứng dụng chế tạo vật liệu LaNi5 sử dụng làm điện cực âm trong pin nạp lại Ni-MH. Đây cũng là bước đi ban đầu để làm cơ sở cho nghiên cứu tiếp theo trên con đường tìm kiếm các vật liệu và điều kiện làm việc tối ưu tăng phẩm chất cho pin nạp lại Ni-MH.
Hà Nguyễn
lên đầu trang