Chất điện phân rắn mới dùng cho pin giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất bằng cách loại bỏ nhu cầu sử dụng lithium sulfide (Li2S) đắt đỏ.
Theo trang Interesting Engineering, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) đã đạt được một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực công nghệ pin với sự ra đời của chất điện phân rắn mới Li7P3S7.5O3.5 (LPSO), một thành tựu có thể làm thay đổi cục diện ngành công nghiệp pin thế hệ mới.
Phát minh này không chỉ đánh dấu một bước tiến trong nghiên cứu mà còn giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất bằng cách loại bỏ nhu cầu sử dụng lithium sulfide (Li2S) đắt đỏ.
Không giống 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, hứa hẹn khắc phục được các hạn chế về dung lượng và độ an toàn của pin lithium-ion thông thường.
Trong đó, chất điện phân rắn sulfide giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển thế hệ pin mới này.
Pin thể rắn có thể tận dụng oxit hoặc sulfide làm cực cathode để nâng cao mật độ năng lượng. Nhờ hiệu suất ưu việt, sulfide được xem là ứng viên sáng giá nhất cho các ứng dụng thực tế của pin thể rắn trong tương lai, mặc dù chi phí cao vẫn là trở ngại lớn.
Tuy nhiên, chi phí cao là một trở ngại lớn, giá chất điện phân rắn sulfide thường cao hơn 195 USD/kg, trong khi mức giá cần thiết để đạt được sự phổ biến rộng rãi là dưới 50 USD/kg.
Theo các chuyên gia, nguyên nhân dẫn đến chi phí đắt đỏ là do quá trình tổng hợp phức tạp và sự phụ thuộc vào Li2S, một thành phần đắt đỏ của chất điện phân này.
Các nhà nghiên cứu tại USTC dưới sự dẫn dắt của Ma Cheng đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển chất điện phân LPSO, được tổng hợp từ hai hợp chất giá rẻ hơn nhiều.
Kết quả là chi phí nguyên vật liệu giảm xuống chỉ còn 14,42 USD/kg, chỉ bằng chưa đến 8% so với chi phí của các chất điện phân rắn sulfide khác, mở ra hướng tiếp cận kinh tế hơn cho sản xuất pin thể rắn.
Bên cạnh lợi ích về giá thành, LPSO vẫn duy trì được những ưu điểm chính của chất điện phân sulfide, bao gồm khả năng tương thích tốt với các cực anode và đảm bảo hiệu suất ổn định. LPSO phối hợp hiệu quả với các cực anode có mật độ năng lượng cao như kim loại lithium và silicon.
Thử nghiệm đã cho thấy, một bộ pin sử dụng LPSO và kim loại lithium có thể hoạt động ổn định hơn 4.200 giờ ở nhiệt độ phòng. Ma Cheng tin tưởng rằng hiệu suất của pin có thể được cải thiện hơn nữa.
Nhóm nghiên cứu đang nỗ lực không ngừng để đạt được mục tiêu này, hứa hẹn một tương lai sáng cho pin thể rắn trong các ứng dụng thực tế.
Quỳnh Trang
