Quy trình mới giúp sản xuất cực âm của pin lithium-ion hiệu quả và tiết kiệm hơn

Những nhà nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã phát triển một phương pháp mới trong việc tạo ra thành phần then chốt của pin lithium-ion. Kết quả là một loại pin với chi phí hợp lý đã được tạo ra từ một quy trình chế tạo nhanh hơn, ít chất thải và ít sử dụng nguyên liệu độc hại hơn.

Pin lithium-ion – được ứng dụng trong nhiều sản phẩm như điện thoại di động cũng như trong phần lớn thiết bị điện – được tạo ra bởi một cực âm, một cực dương cùng với chất điện phân ở giữa hai cực. Những ion di chuyển từ cực dương sang cực âm thông qua chất điện phân trong một phản ứng chuyển đổi hóa năng thành điện năng.

Động lực thúc đẩy quá trình giảm tiêu thụ các-bon cùng với nhu cầu sử dụng xe điện đã dẫn đến cuộc chạy đua trong việc tạo ra những cực âm của pin ổn định hơn với nhiều năng lượng hơn. Tuy nhiên, quá trình sản xuất truyền thống còn tồn tại nhiều thách thức.

Rào cản đầu tiên chính là sự phụ thuộc vào cô-ban, một kim loại hiếm được khai thác và xử lý tại nước ngoài. Sự phụ thuộc vào những nguồn cung bên ngoài đã tạo ra nguy cơ tiềm ẩn cho chuỗi cung ứng sản xuất và hạ tầng giao thông vận tải của Mỹ.

Ngay cả khi nguồn cô-ban đã sẵn có. Sự cân bằng của những kim loại khác được sử dụng trong chế tạo cực âm cũng có thể khiến quá trình sản xuất lâu hơn và độc hại hơn. Ví dụ, sử dụng ni-ken nồng độ cao sẽ kéo theo việc cần có một lượng lớn amoniac dùng cho phản ứng ăn mòn. Sử dụng những hóa chất độc hại sẽ làm tăng chi phí, đẩy lên những lo ngại về sức khỏe và môi trường, chưa kể tiêu tốn một lượng nước rất lớn để trung hòa tính axít.

Những nhà nghiên cứu ORNL báo cáo trong Tạp chí Journal of Power Sources rằng cho đã phát triển một phương pháp sạch hơn, tiết kiệm hơn và hiệu quả hơn trong việc tạo ra một loại vật liệu cực âm tốt hơn mà không chứa cô-ban. Thay vì liên tục trộn những nguyên liệu cực âm với hóa chất trong lò phản ứng, phương pháp tổng hợp thủy nhiệt của họ có một cách tiếp cận mới thông qua việc kết tinh cực âm bằng cách sử dụng kim loại hòa tan trong ethanol. Ethanol an toàn hơn trong việc bảo quản và xử lý khi so với amoniac, và sau đó lại có thể được chưng cất và tái sử dụng.

“Quy trình khác lạ này mang lại lợi thế then chốt trong việc biến ngành công nghiệp sản xuất cực âm trở nên sạch hơn và cạnh tranh hơn về chi phí đồng thời giảm bớt gánh nặng lên môi trường của chúng ta”, Ilias Belharouak, điều tra viên chính của ORNL, phát biểu.

Ông Rachid Essehli, nhà nghiên cứu hàng đầu của ORNL, cho biết, phương pháp tổng hợp thủy nhiệt này cũng nhanh hơn rất nhiều. Thời gian cần thiết để tạo ra các hạt và chuẩn bị cho lô sản xuất tiếp theo đã được rút ngắn từ vài ngày xuống còn chỉ 12 giờ.

Thêm vào đó, nguyên liệu dùng để sản xuất theo phương pháp này gồm các hạt tròn được đóng gói đồng đều và chặt chẽ, là yếu tố lý tưởng trong sản xuất cực âm, Essehli cho biết. Mặc dù nhóm của ORNL trước đây đã xác định được một cách khác để không phụ thuộc vào cô-ban, nhưng vật liệu mới được phát triển thông qua nghiên cứu này có khả năng duy trì sự ổn định tốt hơn trong suốt quá trình sạc.

Do các đặc tính của cực âm mới tương tự như cực âm có sử dụng cô-ban kiểu cũ, vật liệu mới này có thể được thay vào chu trình sản xuất pin hiện có một cách liền mạch. Ông Essehli cho biết công nghệ này đang chờ cấp bằng sáng chế và sẵn sàng để được áp dụng rộng rãi cho các ngành thương mại sản xuất. Vật liệu cực âm mới này có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn và giảm bớt giá thành của pin xe điện.

(Theo Sciencedaily)

Bạn cần đăng nhập để tương tác với nội dung này: Đăng nhập.