Các kỹ sư phát triển pin lithium-ion hoạt động tốt trong điều kiện cực lạnh và cực nóng

Các mẫu thử của pin mới có tuổi thọ chu kỳ dài hơn nhiều so với pin lithium-lưu huỳnh điển hình.
Các kỹ sư phát triển pin lithium-ion hoạt động tốt trong điều kiện cực lạnh và cực nóng

Các kỹ sư tại Đại học California, San Diego, đã chế tạo ra loại pin lithium-ion đóng gói năng lượng mới hoạt động tối ưu ở nhiệt độ lạnh cóng và nóng như thiêu đốt, theo một tuyên bố của tổ chức này hôm thứ Hai.

Hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt

“Bạn cần vận hành ở những khu vực mà nhiệt độ môi trường có thể lên tới ba con số và đường càng nóng hơn. Trong xe điện, các bộ pin thường nằm dưới sàn xe, gần với những sức nóng này, ”Zheng Chen, giáo sư kỹ thuật nano tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs và là tác giả cao cấp của nghiên cứu, giải thích.

“Ngoài ra, pin nóng lên chỉ khi có dòng điện chạy qua trong quá trình hoạt động. Nếu pin không thể chịu được sự nóng lên này ở nhiệt độ cao, hiệu suất của chúng sẽ nhanh chóng bị suy giảm ”.

Nhóm của Chen đã chạy thử nghiệm với pin nguyên mẫu và nhận thấy rằng chúng giữ lại 87,5% và 115,9% công suất năng lượng ở -40 và 122 F (-40 và 50 C). Tốt hơn nữa, các nhà nghiên cứu báo cáo rằng các nguyên mẫu có hiệu suất Coulombic cao là 98,2% và 98,7% ở các nhiệt độ này, có nghĩa là pin có thể trải qua nhiều chu kỳ sạc và xả hơn trước khi chúng ngừng hoạt động.

Tuy nhiên, việc phát triển loại pin mới không phải là nhiệm vụ dễ dàng.

Chen cho biết: “Nếu bạn muốn một loại pin có mật độ năng lượng cao, bạn thường phải sử dụng các chất hoá học rất phức tạp. Năng lượng cao có nghĩa là nhiều phản ứng đang xảy ra hơn, có nghĩa là kém ổn định hơn, suy thoái nhiều hơn. Bản thân việc tạo ra một loại pin năng lượng cao và ổn định đã là một nhiệm vụ khó khăn - cố gắng làm được điều này trong một phạm vi nhiệt độ rộng còn khó khăn hơn ”.

Kỹ thuật điện phân Ete Dibutyl

Để vượt qua những rào cản này, nhóm nghiên cứu đã phát minh ra chất điện phân ete dibutyl và thiết kế cực âm lưu huỳnh để ổn định hơn bằng cách ghép nó với một polyme ngăn không cho nhiều lưu huỳnh hòa tan vào chất điện phân.

Kết quả cuối cùng là pin có tuổi thọ chu kỳ dài hơn nhiều so với pin lithium-lưu huỳnh điển hình. Chen cho biết: “Chất điện phân của chúng tôi giúp cải thiện cả phía cực âm và cực dương đồng thời cung cấp độ dẫn điện cao và ổn định bề mặt.

Các loại pin mới giờ đây có thể cho phép xe điện đi xa hơn trong một lần sạc ở vùng khí hậu lạnh đồng thời giảm bớt nhu cầu về hệ thống làm mát để giữ cho bộ pin của xe không bị quá nóng trong điều kiện khí hậu nóng. Nhưng trước tiên, nhóm nghiên cứu cần mở rộng quy mô hóa học của pin, tối ưu hóa nó để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nữa và kéo dài hơn nữa vòng đời của pin.

Nghiên cứu được công bố trên bài viết của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS).

Ngân Nguyễn
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM