Pin bề mặt có thể giúp thời gian sạc xe điện chỉ còn vài phút

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Umhlinzeki Wesiteshi Samandla Esiphathekayo

So sánh siêu tụ điện và pin, như thể hiện trong pin bề mặt có ba độ dày điện cực khác nhau, cả hai đều có mật độ công suất cao và mật độ năng lượng cao. Nguồn: Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ ở đâu, nó giống như một bước đột phá trong công nghệ pin, nhưng nó không phải là pin. Công ty TNHH Nanotekinstruments

và các công ty con, Angstronmaterials, Inc. của Ohton, phát triển thông số kỹ thuật mới, được sử dụng để thiết kế thiết bị lưu trữ năng lượng, tùy thuộc vào sự di chuyển nhanh chóng của một số lượng lớn các ion lithium trong điện cực, điện cực này có bề mặt graphene lớn. Thiết bị lưu trữ năng lượng này có thể rất hữu ích cho xe điện, giúp giảm thời gian sạc, rút ​​ngắn từ chưa đầy một phút xuống còn nhiều giờ.

Các ứng dụng khác có thể bao gồm lưu trữ năng lượng tái tạo (ví dụ: lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió) và lưới điện thông minh. Các nhà nghiên cứu cho biết thiết bị mới này là pin trao đổi ion lithium cho chức năng bề mặt graphene, hay đơn giản hơn là pin trung gian bề mặt (SMCS: Surface-Mediatedcells). Mặc dù thiết bị hiện tại sử dụng vật liệu và cấu trúc chưa mở nhưng chúng có thể vượt trội hơn pin lithium-ion và siêu tụ điện.

Thiết bị mới này có thể cung cấp 100 kilowatt cho mỗi kilowatt pin, cao hơn 100 lần so với pin lithium-ion thương mại, cao hơn 10 lần so với siêu tụ điện. Mật độ công suất càng cao thì tốc độ truyền năng lượng càng nhanh (có thể dẫn đến tốc độ sạc nhanh hơn). Ngoài ra, loại pin mới này có thể lưu trữ mật độ năng lượng 160 watt trên một kilôgam pin, tương đương với pin lithium-ion thương mại, cao hơn 30 lần so với siêu tụ điện truyền thống.

Mật độ năng lượng càng lớn thì năng lượng có thể lưu trữ càng nhiều, năng lượng được lưu trữ càng nhiều (với quãng đường lái xe dài hơn của xe điện). Nếu có cùng trọng lượng thiết bị, pin bề mặt hiện tại và pin lithium-ion đều có thể sử dụng cho xe điện, và người sáng lập Công ty Nano Instrument và Angerstron Materials, người đồng sáng lập Jiang Bauz (Borz.jang) Người ta nói rằng pin bề mặt của chúng tôi tương tự như pin lithium-ion hiện tại, có thể tăng thêm mật độ năng lượng, do đó cũng có thể cải thiện hành trình.

Tuy nhiên, về nguyên tắc, pin bề mặt có thể được sạc trong vài phút (có thể không ít hơn một phút), thay vì mất nhiều giờ, giống như pin lithium-ion được sử dụng trong xe điện. Jiang Bauldz và đối tác của ông tại Công ty TNHH Thiết bị Công nghệ Nano

và Angersmia Material Company đã công bố nghiên cứu này, là nghiên cứu về thiết bị lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo, được công bố trên tạp chí "Nano Express" (Nanoletters) mới nhất. Cả hai công ty đều chuyên về thương mại hóa vật liệu nano, Angerstrong là nhà sản xuất nano-granit (NGPS: Nanographeneplatelets) lớn nhất thế giới. Đúng như các nhà nghiên cứu giải thích trong nghiên cứu của họ, lưu trữ năng lượng, pin và siêu tụ điện đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng.

Mặc dù mật độ năng lượng của pin lithium ion (120-150 watt/kg) cao hơn nhiều so với siêu tụ điện (5 watt/kg), nhưng loại pin này có mật độ công suất thấp (pin 1 kW/kg), so với pin 10 kW/kg). Nhiều nhóm nghiên cứu đã nỗ lực tăng mật độ công suất của pin lithium-ion, cải thiện mật độ năng lượng của siêu tụ điện, nhưng hai lĩnh vực này vẫn còn nhiều thách thức lớn. Do có một khuôn khổ mới nên có thể sử dụng cho các thiết bị lưu trữ năng lượng, do đó loại pin bề mặt này cho phép các nhà nghiên cứu vượt qua những thách thức này.

Jiang Bauz cho biết, việc phát triển thiết bị lưu trữ năng lượng mới này sẽ thu hẹp khoảng cách giữa hiệu suất của pin lithium ion và siêu tụ điện. Quan trọng hơn, đây là khuôn khổ cơ bản mới để sản xuất các thiết bị lưu trữ năng lượng, cho phép các nhà nghiên cứu đạt được mật độ năng lượng cao, cũng như mật độ công suất cao mà không phải hy sinh cả hai yếu tố này. Điện cực pin bề mặt có diện tích bề mặt lớn, do đó lượng lớn ion di chuyển nhanh chóng, mang lại thời gian sạc nhanh.

Nguồn: Chìa khóa cho hiệu suất pin bề mặt của American Chemistry là cực âm và cực dương chứa bề mặt graphene rất lớn. Khi sản xuất pin, các nhà nghiên cứu đưa kim loại lithium (dưới dạng hạt hoặc lá kim loại) vào cực dương. Ở chu kỳ xả đầu tiên, lithium được ion hóa, số lượng ion lithium được mang vào nhiều hơn so với trong pin lithium ion.

Khi pin được sử dụng, các ion này di chuyển đến cực âm thông qua chất điện phân dạng lỏng, vào các lỗ chân lông của cực âm để đến được bề mặt graphene lớn ở cực âm. Trong quá trình sạc, một lượng lớn dòng ion lithium di chuyển nhanh chóng từ cực âm sang cực dương. Diện tích bề mặt điện cực rất lớn, do đó lượng lớn ion có thể di chuyển nhanh chóng, mật độ công suất và năng lượng cao.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng bề mặt của điện cực xốp (thay vì ở điện cực khối như pin trong pin) không tiêu tốn thời gian cho quá trình lắp đặt. Trong quá trình này, các ion lithium phải được đưa vào giữa các điện cực, tạo nên thời gian sạc pin quan trọng. Trong nghiên cứu này, mặc dù các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều loại than chì khác nhau, nhiều loại graphene khác nhau (graphene oxy hóa, graphene một lớp khử và graphene nhiều lớp) đã được chế tạo, nhưng những vật liệu và cấu hình này đã được phân tích sâu hơn để tối ưu hóa thiết bị này.

Một mặt, các nhà nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu sâu hơn về vòng đời của loại pin này. Cho đến nay, họ thấy rằng các thiết bị này có thể duy trì 95% công suất sau 1000 chu kỳ, ngay cả sau 2000 chu kỳ, vẫn không có dấu hiệu nào của dendrite. Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch thảo luận về các cơ chế lưu trữ lithium khác nhau liên quan đến hiệu suất thiết bị.

Ông Jiang Bauz cho biết chúng tôi ước tính việc thương mại hóa công nghệ pin bề mặt sẽ không gặp trở ngại lớn nào. Mặc dù graphene hiện tại được bán với giá cao, Công ty Vật liệu Angerstron vẫn đang tích cực mở rộng năng lực sản xuất graphene. Dự kiến ​​trong 1-3 năm tới, chi phí sản xuất than chì sẽ giảm đáng kể.