Vật liệu mới có khả năng thay thế các pin liti

12:00' AM - Chủ nhật, 17/06/2007

Các pin liti có thể nạp lại có khả năng lưu trữ nhiều năng lượng hơn so với các loại pin khác có cùng kích thước và trọng lượng, nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử cầm tay. Nhưng các ứng dụng của chúng trong một số lĩnh vực như dụng cụ điện cầm tay và động cơ xăng - điện của xe ôtô, thì ắc quy liti bị hạn chế, vì những thiết bị này đòi hỏi ắc quy phải có khả năng phóng và nạp điện nhanh.

Theo một nghiên cứu mới đây, việc áp dụng một loại vật liệu không phải là mới, nhưng được biến đổi tính năng có thể mang lại những hiệu quả cao cho các pin liti. Cụ thể là, nếu thay thế một kim loại chuyển tiếp truyền thống bằng một kim loại chuyển tiếp khác trong hợp chất liti thường được sử dụng để chế tạo điện cực thì có thể tăng mạnh khả năng lưu trữ và phóng điện nhanh của loại pin này. đây là nghiên cứu do giáo sư Gerbrand Ceder và các cộng sự của ông tại Viện công nghệ Massachusetts cũng như các cộng tác viên của họ tại đại học Tổng hợp New York  (Mỹ) thực hiện. Họ đã khảo sát vật liệu liti - niken - mangan oxit [Li (Ni0,5Mn0,5)O2]. Theo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm kết hợp mới đây, thì tốc độ phóng và nạp điện của các loại pin sử dụng điện cực bằng vật liệu này nhanh hơn nhiều so với các loại pin sử dụng vật liệu điện cực truyền thống là liti coban oxit.

Liti coban oxit  (LiCoO2) và nhiều vật liệu điện cực liên quan là những vật liệu có cấu trúc lớp, trong đó các lớp cation kim loại chuyển tiếp được tách riêng với các lớp liti nhờ các phân tử oxy. Cấu trúc lớp là vấn đề trung tâm của cơ chế phóng và nạp điện, được thực hiện bằng sự khuyếch tán các ion liti qua vật liệu. Theo lý thuyết, nếu muốn tăng tốc độ khuyếch tán của các ion liti thì cần phải có cấu trúc lớp được sắp xếp trật tự.

Nhóm nghiên cứu của giáo sư Ceder đã phát hiện thấy rằng sự chênh lệch kích thước giữa các ion kiềm  (Li) và các ion kim loại chuyển tiếp là yếu tố chi phối sự sắp xếp các lớp. đối với Li (Ni0,5Mn0,5)O2, do các ion liti và niken có kích thước tương tự như nhau, nên các phương pháp tiêu chuẩn được áp dụng để điều chế hợp chất này thường dẫn đến kết quả là vật liệu tạo ra có 10% cấu trúc bị sắp xếp hỗn loạn do sự trùng phủ các vị trí Li/Ni. Theo các nhà nghiên cứu, sự lộn xộn này là nguyên nhân gây ra tốc độ phóng và nạp điện kém.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã điều chế vật liệu tương tự như trên, nhưng sử dụng Na thay cho Li để tận dụng sự chênh lệch kích thước tương đối lớn giữa Na+ và Li+. Khi trao đổi ion như vậy trong sản phẩm, họ thu được một dạng hợp chất kiểu như của Li nhưng được sắp xếp trật tự hơn, nhờ đó tính chất phóng và nạp điện của nó có thể tăng mạnh.

Phát hiện này cho thấy triển vọng về một loại vật liệu mới cho thế hệ tiếp theo của các pin ion liti.

HV

Theo Chemical & Engineering News, 2/2006

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)