Các nhà nghiên cứu thúc đẩy sử dụng sắt thay vì coban, niken trong pin lithium-ion thế hệ tiếp theo
Một nhóm các nhà nghiên cứu đang cố gắng khơi dậy một cuộc cách mạng pin xanh bằng cách chứng minh rằng sắt thay vì coban và niken có thể được sử dụng làm vật liệu cực âm trong pin lithium-ion.
“Chúng tôi đã biến đổi khả năng phản ứng của kim loại sắt, mặt hàng kim loại rẻ nhất,” đồng trưởng nhóm nghiên cứu từ Đại học bang Oregon, Xiulei 'David' Ji, cho biết trong một tuyên bố truyền thông. “Điện cực của chúng tôi có thể cung cấp mật độ năng lượng cao hơn các vật liệu cực âm tiên tiến trong xe điện. Và vì chúng tôi sử dụng sắt, loại sắt có giá chưa đến một đô la/kg – một phần nhỏ niken và coban, những chất không thể thiếu trong pin lithium-ion năng lượng cao hiện nay – nên giá thành pin của chúng tôi có thể sẽ thấp hơn nhiều.”
Hiện tại, cực âm chiếm 50% chi phí sản xuất pin lithium-ion. Ngoài tính kinh tế, cực âm làm bằng sắt sẽ mang lại sự an toàn và bền vững cao hơn.
Khi ngày càng có nhiều pin lithium-ion được sản xuất để điện khí hóa ngành vận tải, nhu cầu toàn cầu về niken và coban đã tăng vọt . Ji chỉ ra rằng trong vài thập kỷ tới, dự đoán tình trạng thiếu niken và coban sẽ khiến hoạt động sản xuất pin bị chậm lại như hiện nay.
Ngoài ra, mật độ năng lượng của những nguyên tố đó đã được mở rộng đến mức trần – nếu bị đẩy xa hơn, oxy thoát ra trong quá trình sạc có thể khiến pin bốc cháy – cộng thêm coban là chất độc , nghĩa là nó có thể làm ô nhiễm hệ sinh thái và nguồn nước nếu rỉ ra ngoài của các bãi chôn lấp.
Ji nói, tổng hợp tất cả lại với nhau, thật dễ hiểu khi toàn cầu đang tìm kiếm các chất hóa học pin mới, bền vững hơn.
Các hoạt động
Pin bao gồm hai điện cực – cực dương và cực âm, thường được làm bằng các vật liệu khác nhau – cũng như bộ phân tách và chất điện phân , một môi trường hóa học cho phép dòng điện tích chạy qua. Trong quá trình phóng điện của pin, các electron di chuyển từ cực dương vào mạch điện bên ngoài và sau đó tập trung ở cực âm.
Trong pin lithium-ion, như tên gọi của nó, điện tích được truyền qua các ion lithium khi chúng di chuyển qua chất điện phân từ cực dương đến cực âm trong quá trình phóng điện và quay trở lại trong quá trình sạc lại.
Ji cho biết: “Cực âm làm từ sắt của chúng tôi sẽ không bị giới hạn bởi tình trạng thiếu tài nguyên”, Ji nói và giải thích rằng sắt, ngoài việc là nguyên tố phổ biến nhất trên trái đất tính theo khối lượng, còn là nguyên tố phổ biến thứ tư trong lớp vỏ hành tinh. . “Chúng ta sẽ không hết sắt cho đến khi mặt trời biến thành sao khổng lồ đỏ.”
Ji và các cộng tác viên từ nhiều trường đại học và phòng thí nghiệm quốc gia đã tăng khả năng phản ứng của sắt ở cực âm bằng cách thiết kế môi trường hóa học dựa trên hỗn hợp các anion flo và photphat – các ion tích điện âm.
Hỗn hợp này, được trộn kỹ như một dung dịch rắn, cho phép chuyển đổi thuận nghịch – nghĩa là pin có thể được sạc lại – hỗn hợp mịn gồm bột sắt, lithium fluoride và lithium phosphate thành muối sắt.
Ji cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh rằng các vật liệu được thiết kế bằng anion có thể phá vỡ trần mật độ năng lượng để tạo ra pin bền vững hơn và chi phí thấp hơn”. “Chúng tôi không sử dụng một số loại muối đắt tiền hơn kết hợp với sắt – chỉ những loại muối mà ngành công nghiệp pin đang sử dụng và sau đó là bột sắt. Để đưa cực âm mới này vào các ứng dụng, người ta không cần thay đổi gì khác – không có cực dương mới, không có dây chuyền sản xuất mới, không có thiết kế mới của pin. Chúng tôi chỉ đang thay thế một thứ, cực âm .”
Tuy nhiên, hiệu quả lưu trữ vẫn cần được cải thiện. Hiện tại, không phải toàn bộ lượng điện đưa vào pin trong quá trình sạc đều có thể sử dụng được khi xả điện. Khi những cải tiến đó được thực hiện, kết quả sẽ là một loại pin hoạt động tốt hơn nhiều so với loại pin hiện đang được sử dụng, đồng thời có giá thành thấp hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Ji nói: “Nếu có sự đầu tư vào công nghệ này, sẽ không mất nhiều thời gian để nó có mặt trên thị trường. “Chúng tôi cần những người có tầm nhìn xa trông rộng trong ngành để phân bổ nguồn lực cho lĩnh vực mới nổi này. Thế giới có thể có một ngành công nghiệp cathode dựa trên một kim loại gần như miễn phí so với coban và niken. Và trong khi bạn phải làm việc chăm chỉ để tái chế coban và niken, bạn thậm chí không cần phải tái chế sắt – nó sẽ biến thành rỉ sét nếu bạn vứt nó đi.”
Theo Mining.com
Theo dõi tiếp các bài viết của chúng tôi tại www.finverse.vn
Comments