Nghiên cứu về vật liệu nano để thay thế than chì trong pin lithium-ion

NANO TRONG CUỘC SỐNG HÀNG NGÀY

Vật liệu Nano đang được sử dụng nhiều trong công nghệ cuộc sống hàng ngày hiện nay. Công nghệ Nano đã bắt đầu được sử dụng để làm sạch rác thải, thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo bằng năng lượng tái tạo. Vật liệu nano còn được dùng thay thế các loại vật liệu tráng phủ truyền thống sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ không tái tạo. Trong lĩnh vực năng lượng, màng mỏng nano và công nghệ quang điện đang góp phần nâng cao hiệu quả của điện mặt trời, tăng khả năng hấp thu ánh sáng của pin mặt trời màng mỏng.

VẬT LIỆU NANO THAY THẾ PIN LITHIUM ION TRONG TƯƠNG LAI

Các vi cầu cấu trúc nano xốp làm bằng đồng, sắt và oxit sắt đã được một nhóm nghiên cứu quốc tế sử dụng làm vật liệu cực âm trong pin lithium ion. Công nghệ mới được khẳng định là cung cấp dung lượng lớn hơn gấp ba lần so với pin có cực âm bằng than chì.

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã thay thế than chì bằng một hợp chất mới làm vật liệu cực âm trong pin lithium-ion để ứng dụng cho các thiết bị từ điện thoại thông minh cho đến xe điện.

Vật liệu mới này bao gồm các vi cầu có cấu trúc nano xốp được làm bằng đồng, sắt và oxit sắt có công thức Cu_0.4Zn_0.6Fe₂O₄.

Các vi cầu được tổng hợp thông qua phương pháp chưng khô phun một bước, đây là một kỹ thuật được sử dụng để nhiệt phân vật liệu hữu cơ trong điều kiện không có oxy. Quá trình này được biết đến với khả năng cung cấp hiệu suất tuyệt vời, độ ổn định chu kỳ cao và được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất để sản xuất ethylene, carbon và hóa chất từ dầu mỏ, than đá và thậm chí cả gỗ, cũng như sản xuất than cốc từ than đá.

Một dung dịch với các ion của những kim loại đặc biệt được chuyển hóa thành sương mù thông qua kỹ thuật siêu âm và nước được làm bay hơi ở 1200 độ C, làm phân hủy các muối kim loại ban đầu. Quá trình này cho phép hình thành các vi cầu với mức độ xốp cần thiết để lưu trữ lithium-ion.

Vật liệu cực âm mới được cho là cung cấp dung lượng gấp ba lần so với các loại pin thương mại hiện tại và tăng số chu kỳ nạp – xả lên gấp năm lần so với các lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn khác cho than chì. Nhà nghiên cứu Evgeny Kolesnikov cho biết: “Sự cải tiến này đạt được là do sự kết hợp của cấu trúc nano đặc biệt và thành phần của các nguyên tố được sử dụng”.

Nhóm nghiên cứu giải thích: “Hiệu ứng kết hợp giữa các hạt cation khác nhau, cũng như kích thước nano kết hợp với bề mặt rỗng bên trong và bề mặt của vật liệu điện cực, không chỉ tạo điều kiện cho động học vận chuyển li-ion và electron mà còn tạo điều kiện cho sự giãn nở thể tích lớn”. Không có thông tin nào được cung cấp về chi phí của vật liệu mới và quy trình sản xuất.

NĂNG LƯỢNG XANH CHO CUỘC SỐNG

Trong tương lai, vật liệu nano có thể giúp tạo ra các dạng năng lượng thay thế. Sử dụng các chất xúc tác nano, người ta có thể sản xuất hyđro (một dạng năng lượng thay thế) từ nước. Điện cực quang sử dụng vật liệu nano, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành hyđro với hiệu quả cao gấp 6 lần so với phương pháp dùng các vật liệu thông thường. Hệ thống lọc và khử mặn nước ứng dụng công nghệ nano cho phép các phân tử nước đi qua nhưng giữ lại các phân tử có kích thước lớn hơn như ion muối và các tạp chất như vi khuẩn, virus, kim loại nặng, vật chất hữu cơ.

Vật liệu mới trên được trình bày trong nghiên cứu: “Hollow-structured Cu_0.4Zn_0.6Fe₂O₄ as a novel negative electrode material for high-performance lithium-ion batteries”, được xuất bản trên Tạp chí “Journal of Alloys and Compounds”. Các thành viên của nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Nga (NUST), Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Seoul ở Hàn Quốc, Viện Khoa học và Công nghệ SRM của Ấn Độ, và Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU).

Nguồn bài viết: Novel nanomaterial to replace graphite in lithium-ion batteries – pv magazine International (pv-magazine.com)