Pin kim loại lithium có thể tăng gấp đôi lượng năng lượng mà pin lithium-ion giữ được, chỉ cần các cực dương của chúng không bị phân hủy thành các mảnh nhỏ khi sử dụng.
Sự cân bằng nhạy với nhiệt độ chi phối quá trình hình thành và phân hủy LiH ở cực dương Li. Ảnh: Xu GaojieGiờ đây, các nhà nghiên cứu do Giáo sư Cui Guanglei từ Viện Năng lượng Sinh học và Công nghệ Xử lý Sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc (CAS) đứng đầu đã xác định được nguyên nhân khiến pin kim loại lithium (LMB) 'tự hủy' và đề xuất cách để ngăn chặn nó. Các phát hiện đã được xuất bản trên Angewandte Chemie vào ngày 19 tháng 1.
Điều này mang lại hy vọng tăng cường hoàn toàn năng lượng chứa trong pin mà không làm tăng kích thước của chúng đồng thời giúp giảm chi phí.
Trên thực tế, LMB là ý tưởng ban đầu cho các loại pin có tuổi thọ cao, nhưng cực dương của chúng bị phân hủy thành các mảnh nhỏ - một cấu trúc vi mô được gọi là 'nghiền thành bột'. Do đó, các LMB nhanh chóng ngừng hoạt động khi được chu trình chạy qua. Việc điều chỉnh khái niệm LMB đã ngăn chặn lỗi cực dương bằng cách sử dụng cực dương bằng than chì, nhưng với chi phí ở mức lưu trữ năng lượng thấp hơn nhiều.
Thông thường, người ta lập luận rằng các cấu trúc giống như cành cây nhỏ của liti được gọi là đuôi gai hình thành trong quá trình quay vòng của pin. Ngoài ra, cấu trúc nghiền thành bột luôn xuất hiện trong bất kỳ LMB nào bị lỗi.
Tuy nhiên, điều gây tranh cãi là liệu liti hydrua (LiH) có trong cấu trúc nghiền thành bột hay không. LiH có tính dẫn điện kém, nhưng cũng rất giòn, điều này giải thích cho quá trình nghiền thành bột. Trước đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đã xác định LiH là một loại dendrite riêng biệt, nhưng một nhóm khác không phát hiện được thêm điều gì.
Tuy nhiên, cả hai nhóm nghiên cứu đều chỉ sử dụng các phiên bản đơn giản của một LMB. Để tìm ra đúng những gì đang xảy ra, nhóm nghiên cứu QIBEBT đã chạy một LMB thực tế trong các điều kiện hoạt động điển hình.
Sử dụng một loại khối phổ (một công cụ phân tích cho phép xác định các hợp chất chưa biết), các nhà nghiên cứu có thể xác nhận rằng LiH thực sự đã trở thành hợp chất chiếm ưu thế trên cực dương khi pin đang được sử dụng.
Nhưng quan trọng hơn, họ phát hiện ra rằng phản ứng hóa học này nhạy cảm với nhiệt độ: nó chỉ xảy ra ở nhiệt độ phòng, và quá trình có thể bị đảo ngược nếu nhiệt độ tăng lên trên mức này.
Điều này cho thấy những cách có thể ngăn chặn việc sản xuất LiH, thông qua xử lý nhiệt hoặc xử lý áp suất tạo ra cùng một hiệu quả, hoặc kết hợp cả hai. Các lựa chọn khác bao gồm ngăn chặn việc tạo ra các ion hydro, hoặc bố trí các vật liệu bề mặt có thể bảo vệ lithium khỏi hydro.
Link: https://techxplore.com/news/2021-02-insights-lithium-metal-battery-failure.html
Trần Hà (Theo Tech Xplore)
