Quá trình phát triển pin lithium sẽ dẫn đến việc liên tục giảm dung lượng lưu trữ của kim loại lithium trên trái đất. Ngoài ra, quá trình thu gom, tinh chế, chế biến kim loại lithium thành pin sẽ gây ô nhiễm môi trường và tiêu tốn một lượng lớn nước uống, năng lượng trong đời sống hàng ngày. Ngược lại, natri và kali có trữ lượng nhiều hơn lithium và dễ dàng thu được hơn, điều này khiến pin natri và kali được kỳ vọng sẽ trở thành dòng pin chủ đạo của thế hệ pin tiếp theo.
THỂ THAONhóm nghiên cứu do Giáo sư Shinichi Komaba thuộc Đại học Khoa học Tokyo (TUS), Nhật Bản dẫn đầu, sử dụng chiến lược tổng hợp mới "cacbon cứng" (HC) có cấu trúc nano để chế tạo điện cực, chế tạo pin natri (NIB) và pin kali ( KIB) hiệu suất pin đã được cải thiện rất nhiều. Phát minh mới được công bố trên tạp chí Vật liệu năng lượng tiên tiến vào ngày 9/11.
"Cacbon cứng" là vật liệu cực dương đầy hứa hẹn cho pin natri-ion vì cacbon cứng có thể lưu trữ các ion natri (Na+) về mặt điện hóa. Carbon cứng khác với các dạng carbon khác như graphene hay kim cương. Nó không có cấu trúc tinh thể rõ ràng và có cấu trúc carbon vô định hình. Tuy nhiên, nó bền và có nhiều lỗ chân lông lớn hơn ở nhiệt độ cao. Mẫu lưu trữ các kim loại kiềm như lithium, natri và kali.
Căn cứ vào đặc điểm này, Giáo sư Komaba và các cộng sự sẽ tiến hành nghiên cứu về tài liệu này vào đầu năm 2021. Họ đã cải thiện các điều kiện tổng hợp và sau đó tối ưu hóa cấu trúc lưu trữ natri để tăng dung lượng của pin natri.
Họ sử dụng "cacbon cứng" và magie oxit (MgO) làm khuôn để thay đổi cấu trúc nano cuối cùng bên trong nó. Quá trình thay đổi này loại bỏ magie oxit và hình thành các lỗ nano trong điện cực carbon. Kết quả này làm tăng đáng kể khả năng lưu trữ ion natri của điện cực và cải thiện khả năng đảo ngược (dung lượng pin đảo ngược) của loại pin này.
Lấy cảm hứng từ điều này, nhóm thử nghiệm cũng khám phá xem liệu silicon dioxide (SiO2), oxit kẽm (ZnO) và canxi cacbonat (CaCO3) cũng có thể được sử dụng làm mẫu nano cho các điện cực carbon cứng hay không, từ đó thay đổi cấu trúc nano cuối cùng của chúng và cho phép tạo ra các lỗ nano mới hình thành bên trong điện cực carbon cứng.
Các nhà thí nghiệm đã làm nóng trước các hợp chất này ở nhiệt độ 600°C, khiến vật liệu bị nhiệt phân và chuyển thành hỗn hợp gồm cacbon và các hạt vô cơ, đóng vai trò là mẫu lỗ nano chính. Sau đó, họ ngâm chúng trong axit clohydric để loại bỏ vật liệu dư thừa trên đó. bề mặt carbon của các hạt vô cơ để lại nhiều lỗ chân lông hơn.
Cuối cùng, họ đưa nó vào một loại khí trơ và đun nóng đến 1.400°C để chuyển cacbon thành "cacbon cứng" và hình thành các lỗ nano khép kín khiến các kim loại bị oxy hóa khác bay hơi, để lại các lỗ nano cacbon cứng tốt. bản mẫu. Cuối cùng, kim loại natri được nhúng vào lỗ nano kín thông qua phản ứng khử nhiệt cacbon.
Kết quả cho thấy hiệu ứng lỗ nano do oxit kẽm tạo ra lớn hơn và tốt hơn so với hiệu ứng lỗ nano do oxit magie trước đây tạo ra. Canxi cacbonat có tác dụng xấu nhất là do nhiệt độ sôi của kim loại canxi lớn hơn 1400°C nên không bị bay hơi hoàn toàn trong quá trình xử lý nhiệt mà tồn tại ở dạng canxi oxit (CaO) hoặc canxi cacbonat (CaCO3). ).
Ngoài ra, nếu "kẽm gluconate" và "kẽm axetat" được trộn thành hỗn hợp theo tỷ lệ 3:1 làm nguyên liệu ban đầu để tạo mẫu cacbon cứng cho oxit kẽm, nó sẽ không chỉ chứa kim loại kẽm, nhưng cũng cho phép sử dụng pin natri. Dung lượng đảo ngược được tăng lên 464mAh/g.
Công suất này tương đương với công suất thuận nghịch của natri cacbua (NaC) và có hiệu suất phóng điện ban đầu cao là 91,7% và điện thế trung bình thấp là 0,18V. Sau 200 chu kỳ sạc-phóng điện, nó vẫn duy trì được 93% công suất. công suất ban đầu.
Nhóm đã sử dụng "cacbon cứng" được tối ưu hóa làm điện cực âm của pin natri. Vật liệu điện cực mạnh mẽ này được tích hợp vào pin thực tế, cho phép mật độ năng lượng của toàn bộ pin đạt tới 312Wh/kg và kết quả thử nghiệm rất đáng kể著.
Ngoài ra, khi các nhà thí nghiệm sử dụng mẫu carbon cứng oxit kẽm trong pin kali để thí nghiệm, họ cũng cho thấy dung lượng thuận nghịch là 381mAh/g, điều này chứng tỏ rằng vật liệu carbon cứng làm từ oxit kẽm cũng có thể được sử dụng trong pin kali.
日本东京大学（The University Tokyo）研发出新型电极和特殊电解质用于锂电池，解决了这项问题，使新款锂电池在不含钴金属的情况下，还拥有4.3 V的平均电压，且在进行超过1,000次的完全充放电循环后，依然能保持良好的电池容量，而电池的能量密度比过去高出60%，这是过去不可想像的。
这一消息让许多员工措手不及，他们从内部公告和公司面向公众的博客中，发现了这个管理层调整。
天文学家将这个天体现象称为“塔斯马尼亚恶魔”，他们在2022年9月首次发现它后，观察到它在反复爆炸。
这些公司包括百度、蔚来汽车、文远知行（WeRide）、滴滴出行、小鹏汽车、嬴彻科技（Inceptio）、小马智行（Pony.ai）、AutoX、元戎启行（Deeproute.ai）和轻舟智航（QCraft）等。
Nhóm nghiên cứu cho biết rằng mặc dù vẫn còn những thách thức về tuổi thọ của toàn bộ chu trình pin và cực âm công suất cao không chứa niken, nhưng vật liệu carbon cứng làm từ oxit kẽm đã tăng thành công dung lượng pin và cải thiện hiệu suất phóng điện ban đầu, không chỉ pin Natri có mật độ năng lượng tương đương với pin lithium và được kỳ vọng sẽ thay thế than chì.
Họ cũng cho biết rằng việc sử dụng các hạt nano vô cơ để kiểm soát cấu trúc lỗ rỗng trong các điện cực cacbon cứng là một phương pháp hay để cho phép sử dụng pin natri trong xe điện, các sản phẩm điện tử 3C và thậm chí được sử dụng để lưu trữ năng lượng từ năng lượng gió và năng lượng mặt trời điện trong tương lai.
Giáo sư Komaba nói với hãng thông tấn của trường: “Giá trị mật độ năng lượng thu được từ pin natri mới tương đương với giá trị mật độ năng lượng của một số loại pin lithium iron phosphate (LiFePO4) và pin lithium than chì hiện đang được thương mại hóa. Điều đáng kinh ngạc là kết quả này cao hơn 1,6 lần so với lô pin natri đầu tiên chúng tôi sản xuất trong phòng thí nghiệm vào năm 2011.”
Giáo sư Komaba kết luận: "Kết quả nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng hydrocacbon là ứng cử viên đầy triển vọng để thay thế cực dương than chì."◇
Biên tập viên: Lian Shuhua#
