Pin thể rắn hoàn toàn mới, hứa hẹn cho khả năng lưu trữ điện lưới

Sự kết hợp chất điện phân ở trạng thái rắn với cực dương hoàn toàn bằng silicon hứa hẹn trong việc theo đuổi công nghệ pin thế hệ tiếp theo liên quan đến việc sử dụng chất điện phân ở trạng thái rắn thay vì chất lỏng và thêm silicon vào thành phần cực dương để tăng mật độ năng lượng. Một kiến ​​trúc mới được phát triển đặt hai cải tiến này vào cùng một thiết bị để tạo thành một loại pin thể rắn an toàn, bền lâu và có khả năng lưu trữ một lượng lớn năng lượng.

Pin mới kết hợp chất điện phân ở trạng thái rắn với cực dương hoàn toàn bằng silicon để cung cấp mật độ năng lượng vượt trội đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu

Ý tưởng là kết hợp hoặc thay thế hoàn toàn than chì được sử dụng làm cực dương bằng silicon để có khả năng lưu trữ gấp 10 lần các trong pin lithium ion. Tuy nhiên, trên thực tế, pin lithium-ion có thêm silicon khiến chất điện phân lỏng nhanh chóng biến chất và pin nhanh hỏng, nhưng các tác giả của nghiên cứu mới này tin rằng giải pháp có thể nằm ở việc sử dụng chất điện phân ở trạng thái rắn để thay thế.

Giống như cực dương silicon, chất điện phân trạng thái rắn là một nhánh khác của nghiên cứu pin có thể mở ra một số khả năng thú vị. Chất điện phân lỏng thông thường mang các lithium-ion qua lại giữa cực dương và điện cực khác của pin, cực âm, rất dễ bay hơi, điều này hạn chế khả năng tương thích với các vật liệu tiềm năng, hiệu suất cao khác như lithium metal. Chất điện phân trạng thái rắn hình thành như một giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề này.

Các kỹ sư tại Đại học California, San Diego cho rằng chất điện phân thể rắn có thể mang lại một số ưu điểm tương tự như cực dương silicon. Những nỗ lực kết hợp silicon vào các cực dương của pin lithium đã bị cản trở bởi sự dao động về kích thước của các hạt silicon, chúng nở ra và co lại khi thiết bị sạc và phóng điện. Điều này kết hợp với sự tương tác không ổn định giữa cực dương silicon và chất điện phân lỏng để dẫn đến tổn thất dung lượng nghiêm trọng khi pin hoạt động theo chu kỳ.

Shirley Meng, tác giả tương ứng cho biết: “Là các nhà nghiên cứu về pin, điều quan trọng là phải giải quyết các vấn đề gốc rễ trong hệ thống. Chúng tôi cần một cách tiếp cận hoàn toàn khác.”

Cách tiếp cận mới này liên quan đến việc thực hiện một số điều chỉnh đối với cách kết hợp cực dương silicon, với việc các nhà khoa học loại bỏ carbon và chất kết dính thường được sử dụng, đồng thời chọn một dạng vi silicon rẻ hơn, trải qua ít quá trình xử lý hơn. Sau đó, một chất điện phân rắn gốc sunfua được đưa vào để mang điện tích, và pin thu được tỏ ra cực kỳ ổn định, bằng cách tránh các tương tác gây hại ở cực dương.

Loại pin thể rắn hoàn toàn bằng silicon mới được mô tả là an toàn, bền lâu trong khi vẫn duy trì mật độ năng lượng cao. Một tế bào đầy đủ quy mô phòng thí nghiệm đã được chứng minh là có khả năng thực hiện 500 chu kỳ sạc và xả trong khi vẫn giữ được 80% dung lượng của nó, thể hiện tác dụng ổn định của thiết kế mới.

Darren HS Tan, tác giả đầu tiên và là giám đốc điều hành của công ty khởi nghiệp Pin UNGRID, đã cấp phép cho công nghệ này, cho biết: “Phương pháp silicon ở trạng thái rắn khắc phục được nhiều hạn chế trong pin thông thường. , giảm chi phí và pin an toàn hơn, đặc biệt là để lưu trữ năng lượng điện lưới.”

Satitech (Theo New Atlas)