Phòng thí nghiệm PNNL dùng graphite để tăng tuổi thọ pin Li-S lên 4 lần
Tăng tầm hoạt động của phương tiện chạy điện và cải thiện dung lượng lưu trữ của các thống năng lượng tái tạo là 2 ví dụ điển hình về lợi ích của pin Li-S (Lithium-Sulfur). Mặc dù pin Li-S có thể tỉ lệ năng lượng/khối lượng gấp 4 lần so với pin Li-Ion nhưng tuổi thọ của pin lại ngắn hơn. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đến từ phòng thí nghiệm quốc gia tây bắc Thái Bình Dương (PNNL) đã thiết kế một loại pin Li-S với tuổi thọ cao hơn gấp 4 lần, qua đó khiến công nghệ pin này trưởng thành hơn.
Nhóm nghiên cứu của PNNL nhằm tìm cách giải quyết một vấn đề phát sinh bởi một phản ứng hóa học giữa 2 điện cực của pin nơi cực âm chứa lưu huỳnh ăn mòn cực dương chứa lithium. Qua thời gian sử dụng, cực dương phân hủy, lưu huỳnh bắt đầu hòa tan vào các phân tử polysulfide và chảy vào dung dịch điện phân của pin. Chất điện phân đóng vai trò là như một con đường cao tốc để các ion di chuyển từ cực âm đến cực dương. Polysulfide chảy theo chất điện phân và cuối cùng tạo ra một lớp màng mỏng trên bề mặt cực dương. Màng mỏng này trở nên dày hơn cho đến khi pin không còn hoạt động được nữa và hệ quả là tuổi thọ của pin bị sụt giảm đột ngột.
Thay vì tìm cách giảm thiểu tình trạng rò rỉ lưu huỳnh bằng cách sử dụng chất điện phân dạng rắn theo phương pháp của phòng thí nghiêm quốc gia Oak Ridge (ORNL), các nhà nghiên cứu tại PNNL đã nghĩ ra một cách thức bảo vệ cực dương trước các phân tử gây hại đến từ cực âm lưu huỳnh. Họ đã chế tạo một lớp bảo vệ xung quanh cực dương từ graphite - một vật liệu đang được sử dụng trong cực dương của pin Li-ion. Qua đó, họ đã có thể kiềm chế dòng polysulfide đồng thời cải thiện tuổi thọ của pin lên 4 lần.
Jun Liu - nhà nghiên cứu tại PNNL cho biết: "Lưu huỳnh vẫn bị hòa tan trong pin Li-S sử dụng cực dương hybrid (dùng lithium và graphite) nhưng điều này không còn quan trọng nữa. Các thử nghiêm đã cho thấy cực dương hybrid có thể được sạt lại thành công ở một tỉ lệ cao - trên 400 lần sạc và với chỉ 11% tỉ lệ giảm sút dung lượng lương lưu trữ năng lượng của pin."
Nghiên cứu của PNNL hiện đã được đăng tải trên tạp chí Nature Communications.
