Phương pháp chế tạo pin lithium với giá thành rẻ

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã chế tạo thành công pin lithium-ion sử dụng mangan. Trong thử nghiệm, loại pin này hoạt động hiệu quả như các loại pin đắt tiền hơn, sử dụng coban-niken.

Lithium không phải là kim loại quý duy nhất được sử dụng để chế tạo pin. Các cực dương của pin lithium-ion thường sử dụng coban và niken – hai kim loại có nguồn cung khan hiếm.

Mangan, kim loại phổ biến thứ năm trong lớp vỏ Trái đất, đã được nhiều nhà nghiên cứu khám phá như một loại vật liệu điện cực rẻ hơn và bền vững hơn. Tuy nhiên, trong thực tế, việc sử dụng mangan để chế tạo các loại pin mạnh mẽ vẫn còn gặp nhiều khó khăn.

Nhóm nghiên cứu đến từ Nhật Bản và Úc đã nghiên cứu oxit mangan lithium (LiMnO2) để xem liệu hiệu suất của pin có được cải thiện.

Trong quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã xem xét các cấu trúc tinh thể khác nhau của LiMnO2 – cách mà các nguyên tử được sắp xếp bên trong một tinh thể rắn.

Các nhà khoa học đã xác định được một loại cấu trúc tinh thể, gọi là “monoclinic,” có thể phản ứng theo cách mà pin có thể giữ được nhiều năng lượng hơn và sạc nhanh hơn.

Sau đó, họ đã tìm ra cách để tạo ra các tinh thể LiMnO2 monoclinic thông qua một quy trình “đơn giản”: nung ở nhiệt độ cao.

Quy trình này chỉ cần 2 nguyên liệu rắn, giúp giảm tác động môi trường của việc chế tạo điện cực pin, vốn thường yêu cầu một danh sách nguyên liệu dài hơn và nhiều bước trong quy trình sản xuất.

Chất mangan-lithium này có mật độ năng lượng là 820 watt-giờ trên mỗi kilogram, trong khi các vật liệu dựa trên niken thông thường chỉ đạt khoảng 750 watt-giờ trên mỗi kilogram.

Không giống như các vật liệu dựa trên mangan khác, các nhà khoa học không quan sát thấy bất kỳ sự giảm điện áp (voltage decay) nào trong vật liệu của họ theo thời gian.

Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng vẫn còn những vấn đề cần được khắc phục trước khi mangan có thể thay thế coban trong các loại xe điện, ví dụ như nó có xu hướng bị hòa tan theo thời gian.

Tuy nhiên, các bộ phận khác của pin có thể được điều chỉnh để ngăn chặn điều này, chẳng hạn như sử dụng chất điện phân rất đậm đặc và lớp phủ bằng phosphate lithium.

Đội ngũ nghiên cứu hy vọng rằng, khám phá của họ có thể dẫn đến việc thương mại hóa các điện cực dựa trên mangan, và mang đến một tương lai “lý tưởng,” cho chất này là trở thành một thành phần trong các loại xe điện cao cấp.