Cải tạo mangan cho pin lithium-ion
Ngày 22 tháng 3 năm 2021 - bộ lưu trữ năng lượng pin lithium-ion bộ lưu trữ năng lượng lithium-ion
Cực âm không chứa coban có thể giải quyết các vấn đề về nguồn cung bằng cách sử dụng một trong những kim loại rẻ nhất hiện có.
Các nhà nghiên cứu Mỹ đã chế tạo được loại pin lithium-ion sử dụng mangan làm vật liệu cực âm thay vì coban hoặc niken truyền thống. Công trình này có thể đưa ra một giải pháp thay thế rẻ và dồi dào cho những nguồn tài nguyên ngày càng đắt đỏ và hạn chế này, mang lại cách đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng lithium-ion ngày càng tăng nhanh.
Hầu hết các cực âm của pin lithium-ion đều phụ thuộc vào coban hoặc niken vì chúng dễ dàng giữ cho các cấu trúc được xếp lớp và có trật tự. Nhưng vào năm 2014, một nhóm tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) do Gerbrand Ceder đứng đầu đã chỉ ra rằng pin lithium-ion có cấu trúc rối loạn có thể hoạt động miễn là chúng giàu lithium, mở ra khả năng thử nghiệm loại pin mới và có thể tốt hơn, vật liệu.
Ceder và các đồng nghiệp tại Đại học California và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, Mỹ, hiện đã phát triển một loại pin lithium-ion với cực âm gốc mangan không ổn định và chứng tỏ rằng nó có tiềm năng lưu trữ nhiều năng lượng hơn coban hoặc niken. Tác giả chính Jinhyuk Lee từ MIT cho biết: “Ý tưởng của chúng tôi là nếu có thể tạo ra cực âm mà không cần quan tâm đến việc phân lớp, chúng tôi có thể sử dụng phổ kim loại rộng hơn nhiều”. ‘Chúng tôi quyết định sử dụng mangan vì đây là một trong những kim loại rẻ nhất hiện có.’
Mangan đã được sử dụng trong cực âm của pin lithium-ion nhiều lớp truyền thống nhưng được coi là kim loại ổn định và ít tham gia vào việc lưu trữ điện tử. Những nỗ lực gần đây nhằm tạo ra cực âm hoàn toàn từ mangan hỗn loạn và các oxit kim loại khác đã bị hạn chế vì chúng trở nên không ổn định và mất khả năng hoạt động oxy hóa khử quá nhiều khi các ion lithium di chuyển từ cực âm sang cực dương gốc lithium trong quá trình sạc.
Để giảm hoạt động này và thu được cực âm oxit mangan công suất cao, nhóm của Ceder đã tìm ra cách để mangan trao đổi hai electron, đó là điều mà cực âm dựa trên niken có công suất cao thực hiện, thay vì một. Điều này liên quan đến việc giảm hóa trị mangan xuống Mn2+ bằng cách thay thế một số anion oxy bằng anion flo hóa trị thấp hơn trong khi hoán đổi một số cation mangan bằng các ion niobi và titan hóa trị cao hơn. Điều này có nghĩa là quá trình oxy hóa khử kép của cation mangan có thể xảy ra từ Mn2+ đến Mn4+, cho phép một phần lớn các ion lithium di chuyển từ cực âm sang cực dương lithium mà không trở nên không ổn định.
Ceder cho biết: “Kết quả [thử nghiệm chu kỳ pin] ở quy mô phòng thí nghiệm của chúng tôi cho thấy mật độ năng lượng khá cao ở cực âm của chúng tôi (~1000 Wh/kg) so với mật độ năng lượng của cực âm hiện có (600–700 Wh/kg). ‘Nhưng dữ liệu của chúng tôi không ở quy mô thương mại, vì vậy cần phải tiến hành các thử nghiệm sâu hơn và tối ưu hóa tài liệu của chúng tôi.’
Gleb Yushin, người nghiên cứu việc lưu trữ năng lượng tại Viện Công nghệ Georgia, Hoa Kỳ, nhận xét: “Trong khi cần cải thiện hơn nữa độ ổn định của chu trình cho các ứng dụng thực tế, chiến lược được báo cáo hứa hẹn rất lớn và cho phép khám phá rộng rãi các cation hóa trị cao khác nhau”. ‘Nhu cầu giảm điện áp di động xuống giá trị rất thấp có thể tạo ra rào cản cho việc ứng dụng công nghệ được báo cáo vào các thiết bị điện tử, nhưng không phải là vấn đề lớn đối với các ứng dụng ô tô.’
ĐT: 86-0755-33065435
Thư: info@vtcpower.com
Web: www.vtcbattery.com
Địa chỉ: Số 10, Đường JinLing, Khu công nghiệp Zhongkai, Thành phố Huệ Châu, Trung Quốc
Từ khóa nóng: pin lithium polymer, nhà sản xuất pin lithium polymer, Pin Lifepo4, Pin Lithium-ion Polymer (LiPo), pin Li-ion, LiSoci2, pin NiMH-NiCD, Pin BMS
Trong cuộc sống hàng ngày, hãy tìm hiểu thêm về công dụng của pin lithium, đặc biệt là các thiết bị sạc và điện thoại di động, để tránh cháy nổ do sạc quá lâu
