Tổng hợp gốm lithium ở nhiệt độ thấp cho pin

Các nhà nghiên cứu tại MIT, Cambridge, Mỹ và TU Munich, Đức đã đạt được bước tiến đột phá trong việc phát triển phương pháp sản xuất gốm lithium, một thành phần quan trọng trong pin lithium-ion, mà không cần nung kết ở nhiệt độ cao. Tin tức này mở ra triển vọng cho sự phát triển của thế hệ pin lithium-ion có khả năng sạc lại mạnh mẽ hơn và chi phí sản xuất thấp hơn.

Gốm lithium được nhìn nhận là có khả năng hoạt động như chất điện phân rắn trong pin lithium-ion, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn là việc tìm ra phương pháp sản xuất gốm mà không cần nung kết ở nhiệt độ cao, điều này không chỉ giúp giảm chi phí mà còn duy trì tính ổn định của các vật liệu khác trong pin.

Trên tạp chí Angewandte Chemie, nhóm nghiên cứu đã công bố một phương pháp tổng hợp mới và tiết kiệm năng lượng cho việc sản xuất gốm lithium ở dạng tinh thể dẫn điện. Phương pháp này không dựa trên hợp chất tiền chất gốm mà thay vào đó sử dụng hợp chất lỏng được cô đặc trực tiếp để tạo ra gốm lithium trong quá trình tổng hợp phân hủy tuần tự.

Hai yếu tố quyết định cho sự phát triển pin là công suất và giá thành. Pin lithium-ion thông thường đã gặp khó khăn trong việc đáp ứng mục tiêu giảm chi phí sản xuất và tăng mật độ năng lượng theo mục tiêu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ vào năm 2030. Phương pháp tiếp cận mới của nhóm nghiên cứu có thể giúp tạo ra pin nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn, mạnh mẽ hơn và an toàn hơn.

Lớp gốm mỏng trong pin có chức năng như chất điện phân rắn và chất phân tách, đồng thời hiệu quả trong việc chống lại sự đoản mạch nguy hiểm và thoát nhiệt. Ngoài ra, chúng không chứa chất lỏng dễ cháy, tăng tính an toàn của pin.

Chất điện phân và màng ngăn gốm thích hợp cho pin có mật độ năng lượng cao là lithium oxit Li7La3Zr2O12-d (LLZO) loại garnet. Nhóm nghiên cứu đã phân tích sự biến đổi pha của LLZO từ dạng vô định hình sang dạng tinh thể cần thiết, và kết quả là phương pháp tổng hợp có thể sản xuất LLZO dưới dạng màng rắn sau 10 giờ ủ ở nhiệt độ tương đối thấp 500°C mà không cần nung kết.

Phát hiện này hứa hẹn mở ra những triển vọng mới trong phát triển pin lithium-ion tiên tiến, đáp ứng nhanh chóng mục tiêu chuyển đổi sang phương tiện chạy bằng điện và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô điện.

P.T.T (TH), theo https://techxplore.com