Oxygen Release From Battery Materials 777x767 2 2
Thông tin công nghệ

Ngăn chặn giải phóng oxy dẫn đến pin Lithium-Ion mật độ năng lượng cao an toàn hơn

Sự giải phóng oxy từ vật liệu pin có thể gây ra sự thoát nhiệt. Tín dụng: Takashi Nakamura

Một nhóm nghiên cứu đã đưa ra những hiểu biết mới về quá trình giải phóng oxy trong pin lithium-ion, mở đường cho các loại pin mật độ năng lượng cao mạnh mẽ hơn và an toàn hơn.

Pin thế hệ tiếp theo lưu trữ nhiều năng lượng hơn là rất quan trọng nếu xã hội đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên hợp quốc và thực hiện tính trung lập của carbon. Tuy nhiên, mật độ năng lượng càng cao thì khả năng xảy ra hiện tượng thoát nhiệt càng cao – pin quá nóng đôi khi có thể dẫn đến nổ pin.

Ôxy giải phóng từ vật liệu hoạt động catốt là tác nhân gây ra sự chạy trốn nhiệt, tuy nhiên kiến thức của chúng ta về quá trình này là không đủ.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Tohoku và Viện Nghiên cứu Bức xạ Synchrotron Nhật Bản (JASRI) đã nghiên cứu hành vi giải phóng oxy và những thay đổi liên quan đến cấu trúc của vật liệu catốt cho pin lithium-ion LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM111). NCM111 hoạt động như một vật liệu pin dựa trên oxit mô hình thông qua chuẩn độ coulometric và nhiễu xạ tia X.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra NCM111 chấp nhận 5 mol% oxy giải phóng mà không bị phân hủy và quá trình giải phóng oxy gây ra rối loạn cấu trúc, trao đổi Li và Ni.

Khi oxy được giải phóng, nó làm giảm các kim loại chuyển tiếp (Ni, Co và Mn trong NCM111), làm giảm khả năng giữ điện tích cân bằng của chúng trong vật liệu.

Để đánh giá điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ soft-Xray tại BL27SU SPring-8 – một cơ sở bức xạ synctron quy mô lớn do JASRI vận hành tại Nhật Bản.

Họ quan sát thấy sự khử Ni 3+ có chọn lọc trong NCM111 ở giai đoạn đầu của quá trình giải phóng oxy. Sau khi quá trình khử Ni kết thúc, Co 3+ giảm, trong khi Mn 4+ vẫn bất biến trong quá trình giải phóng oxy 5 mol%.

Takashi Nakamura, đồng tác giả của bài báo cho biết: “Các hành vi giảm mạnh gợi ý rằng NI hóa trị cao (Ni 3+) tăng cường giải phóng oxy một cách đáng kể.

Để kiểm tra giả thuyết này, Nakamura và các đồng nghiệp của ông đã điều chế NCM111 đã được sửa đổi chứa nhiều Ni 3+ hơn NCM111 ban đầu. Trước sự ngạc nhiên của họ, họ phát hiện ra NCM111 có biểu hiện giải phóng oxy nghiêm trọng hơn nhiều so với dự kiến.

Dựa trên điều này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất rằng các kim loại chuyển tiếp có hóa trị cao làm mất ổn định oxy mạng tinh thể trong vật liệu pin làm từ oxit.

Nakamura cho biết: “Phát hiện của chúng tôi sẽ góp phần vào việc phát triển hơn nữa mật độ năng lượng cao và pin thế hệ tiếp theo mạnh mẽ được cấu tạo từ các oxit kim loại chuyển tiếp.

Tham khảo: “Tính ổn định oxy mạng trong các catốt xen kẽ dựa trên oxit: Nghiên cứu điển hình về Lớp LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ” của Xueyan Hou, Kento Ohta, Yuta Kimura, Yusuke Tamenori, Kazuki Tsuruta, Koji Amezawa và Takashi Nakamura, ngày 23 tháng 6 năm 2021, Vật liệu năng lượng tiên tiến .
DOI: 10.1002 / aenm.202101005

Tài trợ: Grant-in-Aid for Scientific Research (JP18K05288? JP19H05814) Chương trình Nghiên cứu cho phòng thí nghiệm CORE của “Dynamic Alliance for Open Innovation Bridging Human, Environment and Materials” trong “Network Joint Research Center for Materials and Devices.”

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.