Minh họa về các
hạt có vỏ chì mới làm vật liệu cực dương, cùng với pin lithium và xe điện (Ảnh:
Scapiens Inc., Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Viện Khoa học và Công nghệ
Quốc gia Ulsan)
Là một trong 2 điện cực của pin
lithium, cực dương được nạp đầy các ion lithium trong quá trình sạc và giải
phóng chúng trong quá trình xả. Than chì là vật liệu được lựa chọn cho các cực
dương của pin lithium ngày nay và chúng đảm nhiệm tốt nhiệm vụ, duy trì ổn định
qua hàng nghìn chu kỳ sạc. Nhưng nơi mà các nhà khoa học muốn chứng kiến một mức
cải thiện nào đó là dung lượng lưu trữ của chúng và đối với một nhóm nghiên cứu
tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Mỹ, chì có rất nhiều tiềm năng.
Vì được sử dụng rộng rãi trong
pin chì-axit, loại pin sạc lâu đời nhất, nên chì đã có sẵn các chuỗi cung ứng ổn
định cũng như các hệ thống để tái chế vật liệu khi đến cuối vòng đời. Điều này
kết hợp với chi phí thấp và tính sẵn có của vật liệu đã đưa nhóm nghiên cứu
đến quyết định thử nghiệm cực dương làm từ chì để sử dụng trong pin lithium ion,
với một số kết quả ban đầu đầy hứa hẹn.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu với các
hạt chì ôxít lớn, kết hợp với bột carbon và được lắc đều trong vài giờ. Điều này
khiến chúng được chuyển đổi thành các hạt hiển vi nhỏ hơn, được nhúng trong một
ma trận carbon, toàn bộ được bao bọc trong một lớp vỏ chì ôxít mỏng.
Vật liệu cực dương mới này đã
được thử nghiệm trong các cell pin trong phòng thí nghiệm. Vật liệu cung cấp
dung lượng lưu trữ năng lượng gấp đôi so với cực dương bằng than chì thông
thường trong hơn 100 chu kỳ sạc và cho thấy hoàn toàn ổn định trong suốt quá
trình đó. Nhóm đã có thể tăng hiệu suất của nó hơn nữa bằng cách thêm
fluoroethylen cacbonat vào dung dịch điện phân chứa điện tích của pin.
“Khám phá của chúng tôi thách
thức sự hiểu biết hiện tại về loại vật liệu điện cực này. Phát hiện cũng mang
lại ý nghĩa thú vị cho việc thiết kế vật liệu cực dương hiệu suất cao, chi phí
thấp cho vận tải và lưu trữ năng lượng tĩnh, ví dụ như nguồn điện dự phòng cho
lưới điện”, điều tra viên chính của dự án Christopher Johnson cho biết.
LH (PTNQG Argonne)