Pin lithium-ion có thể sạc lại giúp cung cấp năng lượng cho vô số thiết bị quen thuộc như: điện thoại, máy tính xách tay, các thiết bị điện tử cá nhân khác và ô tô điện, hay thậm chí còn được sử dụng để lưu trữ năng lượng do các tấm pin mặt trời tạo ra. Vấn đề của loại pin này là nếu nhiệt độ của chúng tăng quá cao, chúng sẽ ngừng hoạt động và có thể bị cháy gây hỏa hoạn.

Điều đó một phần là do chất điện phân bên trong chúng rất dễ cháy có vai trò vận chuyển các ion lithium giữa hai điện cực khi pin sạc và xả. Một trong những thách thức lớn nhất trong ngành công nghiệp pin là vấn đề an toàn này, vì vậy có rất nhiều nỗ lực đã được thực hiện để cố gắng tạo ra chất điện phân an toàn cho pin.

Bí mật của các nhà nghiên cứu là gì? Thêm muối.

Chất điện phân pin lithium-ion thông thường được làm từ muối lithium hòa tan trong dung môi hữu cơ lỏng, chẳng hạn như ether hoặc cacbonat. Mặc dù dung môi này cải thiện hiệu suất của pin nhưng nó cũng là một chất kích hoạt tiềm tàng.

Pin tạo ra nhiệt khi chúng hoạt động và nếu có dị tật trong pin, nó sẽ nóng lên nhanh chóng. Ở nhiệt độ trên 140 độ F, các phân tử nhỏ của dung môi trong chất điện phân bắt đầu bay hơi, chuyển từ chất lỏng sang khí và làm phồng pin như một quả bóng bay cho đến khi khí bắt lửa và toàn bộ bốc cháy.

Trong 30 năm qua, các nhà nghiên cứu đã phát triển các chất điện phân không bắt lửa, chẳng hạn như chất điện phân polyme sử dụng ma trận polyme thay vì dung dịch dung môi muối cổ điển để di chuyển các ion xung quanh. Tuy nhiên, những chất thay thế an toàn hơn này di chuyển ion kém hiệu quả hơn dung môi lỏng, vì vậy hiệu suất của chúng không thể bằng chất điện phân thông thường.

Các nhà khoa học quyết định bổ sung nhiều hơn bình thường một loại muối lithium có tên là LiFSI vào chất điện phân dựa trên polyme. Thông thường, ít hơn 50% trọng lượng của chất điện phân dựa trên polyme là muối. Các nhà khoa học đã tăng con số đó lên 63%, tạo ra một trong những chất điện phân dựa trên polyme mặn nhất từ ​​trước đến nay.

Không giống như các chất điện phân dựa trên polyme khác, chất này cũng chứa các phân tử dung môi dễ cháy. Tuy nhiên, chất điện phân tổng thể lại khá an toàn và được gọi là Chất điện phân không bắt lửa được giữ bằng dung môi (SAFE). Các phân tử dung môi giúp dẫn ion, dẫn đến hiệu suất tương đương với hiệu suất của pin chứa chất điện phân thông thường. Tuy nhiên, thay vì bốc cháy ở nhiệt độ cao như hầu hết các loại pin lithium-ion, pin chứa SAFE tiếp tục hoạt động ở nhiệt độ từ 77-212 độ F.

Trong khi đó, lượng muối bổ sung đóng vai trò giữ lại các phân tử dung môi, ngăn không cho chúng bay hơi và bắt lửa.

Chất điện phân dựa trên polyme có thể ở dạng rắn hoặc lỏng. Điều quan trọng là dung môi và muối trong SAFE làm dẻo ma trận polyme của nó để biến nó thành chất lỏng giống như chất điện phân thông thường.

Một ứng dụng tiềm năng của SAFE là trong ô tô điện. Nếu nhiều pin lithium-ion trong ô tô điện được đặt quá gần nhau, chúng có thể làm nóng lẫn nhau, cuối cùng có thể dẫn đến quá nhiệt và cháy. Tuy nhiên, nếu ô tô điện dùng pin chứa đầy chất điện phân như SAFE ổn định ở nhiệt độ cao, thì pin của ô tô điện có thể được đặt gần nhau mà không lo bị quá nhiệt, từ đó cho phép sắp xếp nhiều pin hơn mà không phải dành không gian cho hệ thống làm mát. Chi tiết tham khảo tại:

Zhuojun Huang, Jian-Cheng Lai, Xian Kong, Ivan Rajkovic, Xin Xiao, Hasan Celik, Hongping Yan, Huaxin Gong, Paul E. Rudnicki, Yangju Lin, Yusheng Ye, Yanbin Li, Yuelang Chen, Xin Gao, Yuanwen Jiang, Snehashis Choudhury, Jian Qin, Jeffrey B.-H. Tok, Yi Cui, Zhenan Bao. A solvent-anchored non-flammable electrolyte. Matter, 2022; DOI: 10.1016/j.matt.2022.11.003

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: info@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn