Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ ba, 07/02/2023 | 04:39

Thứ ba, 07/02/2023 | 04:39

Hoạt động của tổ chức KHCN

Cập nhật lúc 08:15 ngày 04/01/2023

Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp tổng hợp thành công hệ gốm làm chất dẫn ion trong chế tạo pin Li-ion rắn

Việc nghiên cứu và tổng hợp thành công hệ gốm làm chất dẫn ion sẽ mở ra cơ hội mới cho các đơn vị sản xuất pin Li-ion rắn của Việt Nam, tạo cơ hội cho các doanh nghiệp Việt Nam tham gia vào chuỗi giá trị toàn cầu của các công ty đa quốc gia trên thế giới.
Trong ngành công nghiệp hiện đại, pin Li-ion được coi là một trong những sản phẩm quan trọng, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: máy tính xách tay, thiết bị điện tử cầm tay, điện thoại di động; xe đạp điện, xe máy điện, ô tô điện; các thiết bị lưu điện gia đình và nhà máy sản xuất điện từ năng lượng mặt trời, gió… 
Tuy nhiên, dù đã được sử dụng rộng rãi nhưng pin Li-ion cho đến hiện tại vẫn còn một số hạn chế như kém bền nhiệt, kém bền hóa học, điện hóa và đặc biệt là an toàn cháy nổ thấp… Để giải quyết các vấn đề này, các nhà nghiên cứu trên thế giới đang tập trung nghiên cứu thay thế chất dẫn ion dạng lỏng đang được sử dụng phổ biến hiện nay bằng các hệ gốm làm chất dẫn ion sử dụng trong chế tạo pin Li-ion rắn. 
Không nằm ngoài “cuộc đua”, nhóm nghiên cứu đến từ Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp sau một thời gian triển khai, đã bước đầu tổng hợp thành công hai hệ gốm là Li7La3Zr2O12 và LiTi2(PO4)3 với độ tinh khiết cao, độ dẫn ion tốt, có khả năng ứng dụng cao trong việc sản xuất pin Li-ion rắn, với những thông số cụ thể như sau: Kích thước hạt D50 (<10µm); độ sít đặc tương đối (97%); cường độ uốn (120Mpa); Nhiệt độ nung (1200-1300oC); Độ dẫn ion khối (>4-10.10-4Scm-1). Được biết, nguyên liệu đầu được sử dụng là các oxit hoặc hợp chất của: lithinum, lannthanum, zirconium, phosphorous và các chất khác.
Phân tích gốm Li7La3Zr2O12 và LiTi2(PO4)3 làm chất dẫn ion để sử dụng trong chế tạo pin Li-ion rắn tại Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Theo đánh giá của nhóm nghiên cứu, việc sản xuất thành công các sản phẩm gốm Li7La3Zr2O12 và LiTi2(PO4)3 để làm chất dẫn ion sử dụng trong chế tạo pin Li-ion sẽ mở ra con đường phát triển kinh tế mới cho thị trường công nghệ Việt Nam, nhất là khi tính theo giá thế giới hiện tại, một tấm gốm Li7La3Zr2O12 biến tính bằng Ta, dạng màng mỏng (dày 1/8 inches x đường kính 2 inches) có giá khoảng 40 triệu đồng, trong khi một tấm gốm  LiTi2(PO4)3, dạng màng mỏng (dày 0,125 inches x đường kính 1 inches) cũng có giá lên tới 17 triệu đồng. 
Hiện nay, các sản phẩm này này cũng đã bắt đầu được thương mại hóa trên thế giới. Chẳng hạn, Công ty Amptricity (Mỹ) là nhà sản xuất pin Li-ion rắn đầu tiên trên thế giới, với nhà máy sản xuất pin Li-ion rắn thương mại đang được xúc tiến đầu tư sẽ đi vào vận hành năm 2024 với công suất 4 GW và tăng lên 16GW trong các năm tiếp theo. Pin Li-ion rắn thương mại của Công ty Amptricity gồm hai loại 500 Ah và 3,000 Ah, chu kỳ nạp xả lên đến 11.000 lần. Bên cạnh Amptricity, các công ty lớn ở các quốc gia có nền công nghiệp phát triển khác như Mercedes, Toyota, Hyundai, Ford, General Motors, BMW và Volkswagen cũng đã đang đầu tư lớn vào nghiên cứu sản xuất pin Li-ion rắn. Công ty Honda đã đầu tư hơn 500 triệu USD xây dựng dây chuyền sản xuất thử nghiệm hướng tới đưa các sản phẩm pin Li-ion rắn ra thị trường. Năm 2022, Công ty Nissan đã lắp đặt thiết bị sản xuất pin Li-ion rắn và dự kiến sản phẩm sẽ được đưa ra thị trường vào 2028. 
Bột gốm LiTi2(PO4)3 làm chất dẫn ion để sử dụng trong chế tạo pin Li-ion rắn – Tổng hợp tại Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Trước sự đua tranh gắt gao của thế giới trong công nghệ bán dẫn, việc tổng hợp thành công hệ gốm Li7La3Zr2O12 và LiTi2(PO4)3 của các nhà khoa học Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp sẽ giúp các doanh nghiệp Việt Nam tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị cung ứng toàn cầu của các công ty đa quốc gia trên thế giới.
Đồng thời, cơ hội sản xuất các sản phẩm chất dẫn ion hệ gốm cũng đang mở rộng với thị trường Việt Nam, khi nước ta hiện sở hữu trữ lượng rất lớn các loại quặng có chứa lithinum, lannthanum, zirconium, phosphorous,... (là những nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất hệ gốm làm chất dẫn ion hóa) được tìm thấy ở Quảng Ngãi, Lào Cai, Yên Bái, dọc các tỉnh miền Trung và nhiều nơi khác trên cả nước. Đây là nguồn tài nguyên quý hiếm, hiện chưa được khai thác triệt để. Do đó, việc nghiên cứu tổng hợp thành công hệ gốm Li7La3Zr2O12 và LiTi2(PO4)3 làm chất dẫn ion để sử dụng trong chế tạo pin Li-ion rắn cũng sẽ góp phần thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên hiệu quả, tạo nền tảng đưa các ngành kinh tế khác cùng song hành và phát triển.
Pin Li-ion được phát minh bởi nhà hóa học người Anh, M.Stanley Whittingham năm 1976 và được trao giải thưởng Nobel năm 2019. Pin Li-ion được thương mại hóa lần đầu tiên năm 1991 tại Nhật Bản. Đến nay pin Li-ion đã được ứng dụng trên rất nhiều lĩnh vực trong đời sống như máy tính xách tay, các thiết bị điện tử cầm tay, điện thoại di động; xe đạp điện, xe máy điện, ô tô điện; các thiết bị lưu điện gia đình và nhà máy sản xuất điện từ năng lượng mặt trời, gió.
Quang Ngọc

lên đầu trang