Dung dịch lỏng giúp tăng trưởng dendrite trong pin kim loại lithium

Nhóm của Phó giáo sư Wan Jiandi từ Khoa Kỹ thuật Hóa học tại Đại học California, Davis đã xuất bản một bài báo mới trên tạp chí Tiến bộ khoa học, đề xuất một giải pháp tiềm năng cho sự phát triển đuôi gai trong pin kim loại lithium có thể sạc lại. Trong bài báo này, nhóm của Wan đã chứng minh rằng các ion chảy gần cực âm có thể cải thiện độ an toàn và tuổi thọ của pin sạc thế hệ tiếp theo.

Pin kim loại lithium sử dụng kim loại lithium làm cực dương. Những loại pin này có mật độ sạc cao và thế năng gấp đôi so với pin lithium-ion truyền thống, nhưng độ an toàn là mối quan tâm lớn. Khi chúng tích điện, một số ion bị khử thành lithium kim loại trên bề mặt cực âm và hình thành các cấu trúc vi mô đuôi gai không đều - đuôi gai, cuối cùng có thể dẫn đến đoản mạch hoặc thậm chí gây nổ.

Lý thuyết cho rằng sự cạnh tranh giữa tốc độ truyền khối và tốc độ khử của các ion lithium gần bề mặt cực âm dẫn đến sự phát triển của đuôi gai. Khi tốc độ khử của các ion nhanh hơn nhiều so với tốc độ truyền khối, nó sẽ tạo ra một khe trung tính gọi là lớp tích điện không gian gần cực âm, không chứa các ion. Sự không ổn định của lớp này được cho là dẫn đến sự phát triển của đuôi gai, do đó việc giảm hoặc loại bỏ nó có thể làm giảm sự phát triển của đuôi gai, từ đó kéo dài tuổi thọ của pin.

Ý tưởng của Wan là cho phép các ion phục hồi điện tích và loại bỏ khoảng trống này thông qua kênh vi lỏng đi qua cực âm. Trong bài báo, nhóm nghiên cứu đã phác thảo bằng chứng thử nghiệm khái niệm của họ và phát hiện ra rằng dòng ion này có thể làm giảm tới 99% sự phát triển của dendrite.

Đối với Wan, nghiên cứu này rất thú vị vì nó chứng minh tính hiệu quả của các ứng dụng vi lỏng trong các vấn đề liên quan đến pin và mở đường cho nghiên cứu trong tương lai trong lĩnh vực này.

Ông nói: “Thông qua nghiên cứu cơ bản và phương pháp vi lỏng này, chúng ta có thể hiểu một cách định lượng tác động của dòng chảy đối với sự phát triển của đuôi gai”. "Chưa có nhiều nhóm tiến hành nghiên cứu về vấn đề này."

Mặc dù khó có thể tích hợp trực tiếp vi lỏng vào pin thực nhưng nhóm của Wan đang tìm kiếm các phương pháp thay thế để áp dụng các nguyên tắc cơ bản của nghiên cứu này bằng cách đưa dòng chảy cục bộ gần bề mặt cực âm vào để bù các cation và loại bỏ lớp điện tích không gian.

Ông nói: “Chúng tôi rất vui mừng được khám phá những ứng dụng mới của nghiên cứu này”. “Chúng tôi đã bắt đầu thiết kế bề mặt cực âm để tạo ra sự đối lưu.”