Samsung ra mắt pin kim loại lithium thể rắn

Samsung đã công bố một loại pin thể rắn kết hợp mật độ năng lượng cao (942 Wh / L) với tuổi thọ chu kỳ dài (1.000 chu kỳ). Nghiên cứu đã được xuất bản trên một trong những tạp chí khoa học hàng đầu thế giới, Nature Energy.

Tế bào pin dạng túi này sử dụng chất điện phân rắn và cực dương kim loại lithium (lớp hỗn hợp bạc-cacbon), khác biệt với các loại pin chính thống hiện nay sử dụng chất điện phân lỏng và cực dương graphite / silicon.

Hầu hết các tiến bộ công nghệ pin gần đây đã đạt được bằng cách cải thiện các cực âm. Thật tuyệt khi cuối cùng cũng thấy một số tiến bộ vững chắc được tạo ra ở mặt trước cực dương và chất điện phân.

Hãy xem thông cáo báo chí.

Vào ngày 9 tháng 3 tại London, các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ tiên tiến Samsung (SAIT) và Viện R&D Samsung Nhật Bản (SRJ) đã trình bày một nghiên cứu về pin thể rắn hiệu suất cao, bền lâu cho Nature Energy, một trong những tạp chí khoa học hàng đầu thế giới.

So với pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi, sử dụng chất điện phân lỏng, pin thể rắn hoàn toàn hỗ trợ mật độ năng lượng lớn hơn, mở ra cánh cửa cho dung lượng lớn hơn và sử dụng chất điện phân rắn, an toàn hơn đáng kể. Tuy nhiên, các cực dương kim loại lithium thường được sử dụng trong các loại pin thể rắn hoàn toàn, dễ kích hoạt sự phát triển của các sợi đuôi gai ¹ có thể tạo ra các tác dụng phụ không mong muốn làm giảm tuổi thọ và độ an toàn của pin.

Để khắc phục những ảnh hưởng đó, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu của Samsung đề xuất sử dụng lớp hỗn hợp bạc-cacbon (Ag-C) làm cực dương. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc kết hợp lớp Ag-C vào một tế bào túi nguyên mẫu giúp pin có dung lượng lớn hơn, tuổi thọ chu kỳ dài hơn và nâng cao độ an toàn tổng thể của nó. Chỉ dày 5µm (micromet), lớp tổ hợp nano Ag-C siêu mỏng cho phép nhóm nghiên cứu giảm độ dày cực dương và tăng mật độ năng lượng lên đến 900Wh / L. Nó cũng cho phép họ tạo ra nguyên mẫu của mình nhỏ hơn khoảng 50% thể tích so với pin lithium-ion thông thường.

Nghiên cứu đầy hứa hẹn này được kỳ vọng sẽ giúp thúc đẩy sự mở rộng của các loại xe điện (EV). Tế bào túi nguyên mẫu mà nhóm phát triển sẽ cho phép một chiếc EV di chuyển tới 800 km trong một lần sạc và có vòng đời chu kỳ hơn 1.000 lần sạc.

Như Dongmin Im, Thạc sĩ Phòng thí nghiệm Pin Thế hệ Tiếp theo của SAIT và là người đứng đầu dự án giải thích, “Sản phẩm của nghiên cứu này có thể là công nghệ hạt giống cho các loại pin hiệu suất cao, an toàn hơn trong tương lai. Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến các vật liệu và công nghệ sản xuất pin ở trạng thái rắn hoàn toàn để giúp đưa sự đổi mới của pin EV lên một tầm cao mới. ”

Nghiên cứu đầy đủ cung cấp cho chúng tôi nhiều chi tiết hơn so với thông cáo báo chí.

Điểm nổi bật:

• Vòng đời của chu kỳ:95% SoH sau 600 chu kỳ và 89% SoH sau 1.000 chu kỳ
• Mật độ năng lượng thể tích:942 Wh / L với tiềm năng vượt qua 1.000 Wh / L

SoH (State of Health) được sử dụng để đo khả năng duy trì dung lượng pin.

Với loại mật độ năng lượng thể tích này, BMW i3, hiện đang sử dụng pin NCM 622 của Samsung SDI, có thể nhận được pin 89,9 kWh và phạm vi WLTP xấp xỉ 660 km. Nó vẫn có tầm bắn 627 km sau 386.100 km [(660 + 627) / 2 x 600] và 587 km sau 623.700 km [(660 + 587,4) / 2 x 1.000].

Đối với nghiên cứu này, Samsung đã sử dụng một cathode NCM, rất phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, chất điện phân rắn và cực dương kim loại liti cũng có thể được kết hợp với cực âm không có coban, chẳng hạn như LFMP hoặc LiFePO4 như chúng ta có thể thấy trong nghiên cứu khác.

Cuối cùng, cũng là một tin tuyệt vời rằng công nghệ pin thể rắn dường như sắp đạt được sản lượng hơn so với dự đoán vào năm 2016, như chúng ta có thể thấy từ lộ trình pin bên dưới.

Hội thảo Công nghệ của Tập đoàn BMW –E-Mobility vào tháng 12 năm 2016

Mọi thứ đang diễn ra như hiện nay, có vẻ như trong một tương lai không xa chúng ta sẽ có pin thể rắn với cực dương kim loại lithium kết hợp với cực âm dày đặc năng lượng cao (NCMA) và cực âm không có coban (LFMP).

Bạn có thể đọc toàn bộ bài báo được xuất bản tại Nature Energy với liên kết Sci-Hub đã mở khóa bên dưới.