Pin hoàn toàn nguyên chất mở ra một bước đột phá lớn và thực hiện một bước vững chắc hướng tới thương mại hóa

Một nhóm nghiên cứu từ Viện Công nghệ Tokyo, AIST, và Đại học Yamagata gần đây đã phát minh ra một chiến lược để khôi phục kháng thấp,do đó thực hiện một bước vững chắc trên con đường thương mại hóa pin trạng thái rắn hoàn toànHọ cũng khám phá cơ chế giảm cơ bản, mở đường cho sự hiểu biết cơ bản về cách hoạt động của pin lithium trạng thái rắn.

Các pin lithium trạng thái rắn đã trở thành một cơn thịnh nộ mới trong khoa học vật liệu và kỹ thuật bởi vì pin lithium-ion truyền thống không còn đáp ứng được các tiêu chuẩn của công nghệ tiên tiến,như xe điện đòi hỏi mật độ năng lượng cao, sạc nhanh và tuổi thọ chu kỳ dài. pin trạng thái rắn, sử dụng một chất điện giải rắn thay vì chất điện giải lỏng trong pin thông thường, không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn này,nhưng cũng tương đối an toàn và thuận tiện hơn vì chúng có khả năng sạc trong một khoảng thời gian ngắn.

Tuy nhiên, các chất điện giải rắn cũng có những thách thức riêng của mình. Một trong những thách thức quan trọng là giao diện giữa cathode và chất điện giải rắn rắn cho thấy một kháng lớn,nguồn gốc của nó không được hiểu rõNgoài ra, khi bề mặt điện cực tiếp xúc với không khí, kháng cự tăng lên, làm suy giảm dung lượng và hiệu suất của pin.Mặc dù một số nỗ lực đã được thực hiện để giảm kháng, không ai có thể giảm nó xuống còn 10Ω cm2 (ohm-centimeter-square), giá trị kháng giao diện được báo cáo khi không tiếp xúc với không khí.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Taro Hitosugi của Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech) ở Nhật Bản và Shigeru Kobayashi,một sinh viên tiến sĩ tại Viện Công nghệ Tokyo, có thể cuối cùng đã giải quyết được vấn đề.

Bằng cách thiết lập một chiến lược để khôi phục lại sức đề kháng giao diện thấp, và giải quyết cơ chế của sự giảm này,Nhóm đã cung cấp những hiểu biết có giá trị về việc chế tạo pin trạng thái rắn hiệu suất caoNghiên cứu này là kết quả của một nghiên cứu chung của Viện Công nghệ Tokyo, Viện Công nghệ công nghiệp tiên tiến quốc gia Nhật Bản (AIST) và Đại học Yamagata.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị một pin màng mỏng bao gồm một anode lithium, một cathode lithium cobalt oxide, và một chất điện giải 3PO4.Đội đã tiếp xúc bề mặt lithium cobalt oxide với không khí, nitơ (N2), oxy (O2), carbon dioxide (CO2), hydro (H2) và hơi nước (H2O) trong 30 phút.

Thật ngạc nhiên, họ thấy rằng việc tiếp xúc với N2, O2, CO2 và H2 không làm suy giảm hiệu suất của các tế bào so với các tế bào không tiếp xúc."Chỉ có hơi H2O làm suy giảm mạnh mẽ Li3PO4-LiCoO2 giao diện và tăng đáng kể giá trị kháng của nó, cao hơn 10 lần so với giao diện không phơi sáng", Giáo sư Hitosugi nói.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu thực hiện một quá trình gọi là "làm nóng", trong đó mẫu được xử lý nhiệt theo kiểu pin ở nhiệt độ 150 ° C trong một giờ, nơi điện cực âm được lắng đọng.Thật đáng ngạc nhiên., điều này làm giảm kháng cự xuống còn 10,3Ω cm2, tương đương với kháng cự của một tế bào không phơi sáng.nhóm sau đó phát hiện ra rằng sự giảm này có thể được quy cho sự loại bỏ tự phát của proton từ cấu trúc lithium dioxide trong quá trình "đào. "

Giáo sư Hitosugi kết luận: "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các proton trong cấu trúc lithium cobaltate đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phục hồi.Chúng tôi hy vọng rằng việc làm sáng tỏ các quy trình vi mô giao diện này sẽ giúp mở rộng tiềm năng ứng dụng của pin trạng thái rắn hoàn toàn".