Chất điện phân rắn mới dùng cho pin được tổng hợp từ hai hợp chất giá rẻ, dự kiến giúp giảm chi phí nguyên vật liệu xuống còn 14,42 USD/kg.
Minh họa pin thể rắn, loại pin có thể khắc phục những hạn chế của pin lithium-ion truyền thống. Ảnh: iStock/Black Kira
Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) phát triển chất điện phân rắn Li7P3S7.5O3.5 (LPSO), một bước đột phá trong nghiên cứu pin thể rắn, Interesting Engineering hôm 8/7 đưa tin. Sự ra đời của chất điện phân rắn mới giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng Lithium sulfide (Li2S) đắt đỏ.
Trái với pin truyền thống sử dụng chất điện phân dạng gel hoặc lỏng để dẫn ion giữa các điện cực, pin thể rắn sử dụng chất điện phân dạng rắn. Sản phẩm hứa hẹn giải quyết những hạn chế về dung lượng và độ an toàn của pin lithium-ion truyền thống. Chất điện phân rắn sulfide đóng vai trò then chốt trong việc phát triển loại pin mới này.
Pin thể rắn có thể sử dụng oxit hoặc sulfide làm cực cathode để tăng mật độ năng lượng. Do hiệu suất vượt trội, sulfide thường được coi là lựa chọn triển vọng nhất cho việc sử dụng thực tế của pin thể rắn hoàn toàn trong tương lai, nhưng chi phí cao vẫn là một rào cản.
Giá chất điện phân rắn sulfide thường vượt 195 USD/kg, cao hơn nhiều so với ngưỡng 50 USD/kg cần thiết để phổ biến rộng rãi. Theo giới chuyên gia, thách thức về chi phí bắt nguồn từ quá trình tổng hợp phức tạp và phụ thuộc nhiều vào Li2S đắt tiền của loại chất điện phân này.
Nhằm giải quyết vấn đề trên, Ma Cheng, nhà nghiên cứu tại USTC, cùng đồng nghiệp đã phát triển chất điện phân LPSO, loại bỏ nhu cầu sử dụng Li2S. Chất điện phân mới được tổng hợp từ hai hợp chất giá rẻ, giúp giảm chi phí nguyên vật liệu xuống chỉ còn 14,42 USD/kg, bằng chưa đến 8% chi phí cho các chất điện phân rắn sulfide khác.
Đáng chú ý, LPSO vẫn giữ được những lợi ích chính của chất điện phân sulfide, bao gồm khả năng tương thích với các cực anode, đảm bảo hiệu suất ổn định. Nó kết hợp tốt với các cực anode có mật độ năng lượng cao như kim loại lithium và silicon.
Một bộ pin làm từ LPSO và kim loại lithium đã chứng minh được khả năng hoạt động ổn định hơn 4.200 giờ ở nhiệt độ phòng. Ma cho biết, hiệu suất được dự đoán sẽ còn cải thiện hơn nữa và nhóm đang tích cực nỗ lực cho mục tiêu này.
