Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển pin thể rắn, có độ dẫn điện kỷ lục

Các nhà nghiên cứu tại Viện vật lý hóa học Đại Liên (DICP) thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS) đã phát triển một chất điện phân rắn gốc sulfide mới, có độ dẫn điện ion chưa từng có.

Thành tựu này có khả năng mở đường cho việc thương mại hóa rộng rãi pin lithium-ion thể rắn hoàn toàn (ASSB). Công nghệ này hứa hẹn đẩy nhanh quá trình phát triển các loại pin an toàn hơn, hiệu suất cao hơn cho nhiều thứ, từ xe điện đến thiết bị điện tử cầm tay.

ASSB được coi là giải pháp lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo, có tiềm năng tạo ra mật độ năng lượng cao hơn đáng kể và cải thiện độ an toàn so với pin lithium-ion thông thường sử dụng chất điện phân dạng lỏng.

Tuy nhiên, việc thương mại hóa ASSB vẫn còn nhiều thách thức do thiếu chất điện phân thể rắn (SSE) có cả độ dẫn điện ion cao và giao diện ổn định, các nhà nghiên cứu cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra chất điện phân Li_20/3(GeSiSb)_1/3S₅I (LGSSSI), bằng cách sử dụng chiến lược thay thế và pha tạp đa cation độc đáo. Phương pháp tiếp cận này tạo ra năng lượng hoạt hóa di chuyển ion lithium cực thấp (0,17 eV), tạo ra độ dẫn ion kỷ lục.

Sau khi ép lạnh, LGSSSI đạt độ dẫn ion là 12,7 mS/cm và tiếp tục tăng lên 32,2 mS/cm sau khi ép nóng, các nhà nghiên cứu cho biết. Những con số này vượt xa tiêu chuẩn công nghiệp hiện tại là 10 mS/cm ở nhiệt độ phòng, một cột mốc quan trọng cho ứng dụng thực tế.

Nghiên cứu này cho thấy, khi tích hợp với LGSSSI, ASSB có khả năng thích ứng với phạm vi nhiệt độ rộng (-20 độ C đến 60 độ C), tải khối lượng cathode cực cao (100 mg/cm2) và đạt tuổi thọ chu kỳ dài.

Đây là bước tiến đáng kể, vì ASSB trước đây thường gặp khó khăn với các hạn chế về hiệu suất ở nhiệt độ khắc nghiệt và điều kiện tải cao. Nghiên cứu này thúc đẩy SSE sulfide cho ASSB hiệu suất cao và phạm vi nhiệt độ rộng

Hơn nữa, LGSSSI cho thấy khả năng tương thích giao diện tuyệt vời với nhiều loại vật liệu cathode và anode thường sử dụng, bao gồm cathode LiNi_0,8Mn_0,1Co_0,1O₂, LiCoO₂, hợp kim lithium-indium và anode composite silicon-carbon.

ASSB hiện được các nhà khoa học đang tìm cách phát triển. Những loại pin này được coi là bước ngoặt cho ngành công nghiệp xe điện, vì chúng hứa hẹn cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng, phạm vi hoạt động, tuổi thọ và giảm cháy nổ.

Nhưng một nghiên cứu gần đây vẽ nên bức tranh khác về ASSB. Nghiên cứu này chỉ ra lợi ích về mật độ năng lượng dự kiến ​​của pin lithium thể rắn có thể bị cường điệu hóa, rằng chúng có thể chỉ có năng lượng cao hơn 0,74% so với pin lithium-ion thông thường.

Tuy nhiên, sự phát triển mới nhất liên quan đến LGSSSI, cải tiến chất điện phân thể rắn (SSE) là bước tiến quan trọng trong việc việc thương mại hóa ASSB.