Phát triển dòng pin sạc Lithium hiệu điện thế cao

  Pin sạc lithium là nguồn điện có tính năng tốt nhất về dung lượng riêng, tuổi thọ và tốc độ phóng sạc so với các dòng pin sạc khác. Do đó, pin sạc lithium được xem là đối tượng hứa hẹn cho ứng dụng làm nguồn trong các động cơ điện (EV) và động cơ điện lai xăng (HEV) trong tương lai. Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất của nó trong lĩnh vực này là về giá thành sản xuất, độ tin cậy và an toàn còn thấp. Để cải tiến về mặt công nghệ, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào phát triển vật liệu điện cực dương để làm tăng dung lượng riêng, độ an toàn, độ ổn định của pin.

Hầu hết các vật liệu điện cực cho pin sạc lithium đều là vật liệu đan cài có cấu trúc dạng lớp, cấu trúc spinel hay cấu trúc olivin của các ocid kim loại chuyển tiếp. Trong đó, dạng ocid của mangan rất được quan tâm do tính không độc hại với con người, môi trường và giá thành thấp. Cụ thể như vật liệu LiMn2 O4 và các dẫn xuất của nó, là vật liệu rất hứa hẹn và được nghiên cứu rộng rãi ứng dụng làm vật liệu điện cực dương. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là sự sụt giảm dung lượng rất nhanh sau mỗi chu kỳ phóng nạp. Để khắc phục sự giảm dung lượng nhanh theo chu kỳ, các nghiên cứu cho thấy vật liệu này pha tạp kim loại chuyển tiếp sẽ giúp ổn định độ bền phóng sạc và dung lượng phóng sạc của pin có giá trị không thay đổi. 

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá tính năng phóng sạc của vật liệu, kết quả hoàn toàn tương hợp với kết quả khảo sát động học của vật liệu: xuất hiện vùng thế 4 V ứng với ion Mn và vùng thế 5 V ứng với ion Ni. Với hàm lượng Ni pha tạp lớn, giá trị dung lượng của pin chủ yếu là do cặp oxy hóa khử của Ni, được gọi là “dung lượng 5 V”. Bên cạnh đó, độ ổn định dung lượng của pin được cải thiện đáng kể khi có sự pha tạp của Ni vào LiMn2 O4. Vật liệu pha tạp Ni là vật liệu tiềm năng để phát triển dòng pin sạc lithium hiệu điện thế cao.