Pin lithium-lưu huỳnh (Li-S) chưa phát huy hết tiềm năng như là pin tái tạo thế hệ mới dùng cho xe điện và các thiết bị khác. Giờ đây, nhóm nghiên cứu của kỹ sư cơ khí Donghai Wang tại Đại học Quản lý Singapore đã tìm ra cách kéo dài tuổi thọ pin Li-S và pin Li-S có mức năng lượng cao hơn so với các loại pin tái tạo hiện nay.
Các tác gỉa đã ngăn chặn pin Li-S tạo ra tác dụng phụ không mong muốn được gọi là sự hòa tan polysulfide xuất hiện theo thời gian, làm giảm tuổi thọ pin. Bước đột phá này có thể dẫn đến sự ra đời của những loại pin lâu bền hơn. Nghiên cứu của nhóm tập trung thiết kế và tổng hợp các vật liệu chức năng có cấu trúc nano và các công nghệ lưu trữ năng lượng như pin Li-ion và vượt trội hơn công nghệ Li-ion.
Cực âm mạng polyme lai mới do nhóm phát triển, cho phép pin Li-S cung cấp hơn 900 mAh/g, trong khi dung lượng thông thường của pin lithium-ion là 150-250 mAh/g. Nghĩa là nó có thể bảo toàn lượng năng lượng điện cao hơn nhiều. Ngoài ra, pin Li-S mới còn tạo độ ổn định chu kỳ vượt trội hơn pin Li-S thông thường.
Một giải pháp tiết kiệm chi phí cung cấp nhiều năng lượng hơn
Điều khiến pin Li-S có triển vọng trở thành nguồn năng lượng tái tạo, là khả năng tiết kiệm chi phí nhiều hơn và chứa nhiều năng lượng hơn so với pin sạc ion truyền thống. Nhưng có một vấn đề chính với những loại pin này, đó là giảm thiểu tác động tiêu cực của quá trình hòa tan polysulfide.
Tất cả các loại pin đều có cực dương và cực âm. Bên trong pin, phản ứng hóa học liên tục xảy ra giữa hai cực này cung cấp năng lượng hoặc điện cho pin. Trong trường hợp pin Li-S, điện cực dương hoặc cực dương chứa lưu huỳnh được gọi là catốt được ghép nối với điện cực âm kim loại lithium được gọi là anốt. Giữa hai cực là chất điện phân hoặc chất cho phép các ion đi qua giữa hai đầu của pin. Tuy nhiên, lưu huỳnh không phải là vật liệu lý tưởng cho điện cực.
Khi các ion lithium liên kết với các nguyên tử lưu huỳnh ở catốt, chúng tạo ra các phân tử polysulfide hòa tan vào chất điện phân, dẫn đến sự phân hủy của catốt và làm giảm số lượng chu kỳ sạc của pin. Hiện tượng này được gọi là sự hòa tan polysulfide.
Nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách khắc phục sự cố này bằng cách sử dụng catốt mạng polyme lai. Cụ thể, catot này sử dụng nhiều dây liên kết lưu huỳnh, hấp phụ nguyên tử và vận chuyển electron/ion Li nhanh ở cấp độ phân tử. Sự kết hợp này cho phép liên kết lại và hấp phụ theo thời gian thực bất kỳ loại lưu huỳnh nào không liên kết để loại bỏ hiệu quả các polysulfide hòa tan và kéo dài tuổi thọ pin.
Nguồn: N.P.D (NASATI), theo Technologynetworks, 10/2024
