Pin Lithium Polymer sẽ chiến thắng trong cuộc đua pin thể rắn?
| Jerry Huang
Lưu ý của biên tập viên: Có bốn loại chất điện phân cho pin lithium thể rắn: polymer, oxit, sunfua và halide, mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt:
Chất điện phân Polymer Lithium
Sử dụng vật liệu polymer làm chất điện phân, chúng vừa linh hoạt vừa có độ dẫn ion cao, phù hợp làm giải pháp chuyển tiếp cho pin bán rắn. Chúng thể hiện khả năng gia công tốt, mặc dù độ ổn định chu kỳ dài hạn vẫn cần được kiểm chứng.
Chất điện phân oxit lithium
Dựa trên các vật liệu như lithium oxide, các chất điện phân này có chi phí thấp hơn và độ ổn định tốt nhưng lại có độ dẫn ion tương đối thấp.
Chất điện phân Liti Sulfide
Tập trung vào các hợp chất lithium sulfide, các chất điện phân này có độ dẫn điện cao ở nhiệt độ phòng và khả năng tương thích giao diện tuyệt vời, định vị chúng là công nghệ hứa hẹn nhất về mặt thương mại. Tuy nhiên, vật liệu sulfide có độ ổn định hóa học kém và chi phí sản xuất cao.
Chất điện phân Lithium Halide
Chất điện phân thể rắn halide có độ dẫn điện và khả năng chống oxy hóa cao, nhưng vẫn ở cấp độ phòng thí nghiệm với triển vọng thương mại hóa chưa rõ ràng.
Các tính năng chung
Pin thể rắn hoàn toàn thay thế chất điện phân lỏng truyền thống bằng vật liệu bột vô cơ, cải thiện đáng kể độ an toàn và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, các phương pháp kỹ thuật khác nhau lại có sự khác biệt đáng kể về chi phí và độ hoàn thiện quy trình. Ví dụ, mặc dù phương pháp sulfide có độ dẫn điện cao, nhưng lại kém ổn định hóa học, trong khi phương pháp polymer lại gặp khó khăn về hiệu suất vòng đời.
Công nghệ pin thể rắn hiện đang trải qua một quá trình chuyển đổi quan trọng từ nguyên mẫu phòng thí nghiệm sang công nghiệp hóa, với kỳ vọng mạnh mẽ vào việc đại tu hệ thống đánh giá. Giai đoạn phòng thí nghiệm chủ yếu tập trung vào các chỉ số hiệu suất điện hóa (như mật độ năng lượng, tuổi thọ chu kỳ và khả năng lưu trữ), trong khi công nghệ pin thể rắn quy mô công nghiệp đòi hỏi phải thiết lập các tiêu chí đánh giá đa chiều:
Đánh giá mở rộng: Các ứng dụng công nghiệp phải bao gồm các yếu tố hệ thống bao gồm: khả năng mở rộng (bao gồm khả năng tương thích quy trình, kiểm soát năng suất, v.v.), mức độ trưởng thành của chuỗi cung ứng (bao gồm tính ổn định của nguyên liệu thô quan trọng, khả năng hỗ trợ thiết bị chuyên dụng, v.v.) và tổng chi phí vòng đời (bao gồm mua sắm nguyên liệu thô, sản xuất, tái chế, v.v.);
Tối ưu hóa công nghệ-chi phí: Công nghiệp hóa đòi hỏi sự cân bằng tối ưu giữa dữ liệu kỹ thuật và chi phí, bao gồm sự cân bằng động giữa hiệu suất điện hóa và chi phí sản xuất; tác động của việc lựa chọn hệ thống vật liệu và khả năng phục hồi chuỗi cung ứng; và sự cân bằng giữa độ phức tạp và khả năng mở rộng của quy trình sản xuất;
Đánh giá có hệ thống: Tuân thủ các yêu cầu chính bao gồm tính nhất quán trong sản xuất hàng loạt (tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng 6σ), chứng nhận an toàn (ví dụ: tuân thủ UL 9540A và các tiêu chuẩn quốc tế khác) và thiết kế công suất sản xuất một dây chuyền ≥2GWh, v.v.
Giáo sư Guo có quan điểm khác về chiến thắng của polymer lithium trong cuộc đua pin thể rắn so với chất điện phân lithium sulfide. Chúng ta hãy cùng xem xét nghiên cứu của nhóm Xin Guo. Xin chân thành cảm ơn những nỗ lực tuyệt vời của tất cả các nhà nghiên cứu.
Tóm tắt
Pin thể rắn (SSB) hứa hẹn sẽ cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng bằng cách mang lại độ an toàn cao hơn, mật độ năng lượng cao hơn và tuổi thọ chu kỳ được cải thiện so với pin lithium-ion thông thường. Trong số các chất điện phân rắn khác nhau, polyme nổi bật nhờ sự kết hợp độc đáo giữa khả năng gia công, tính tuân thủ cơ học và tính linh hoạt về mặt hóa học. Bài đánh giá này khám phá lý do tại sao polyme đang dẫn đầu cuộc đua hướng tới pin SSB thương mại. Những lợi thế nội tại của chúng—chẳng hạn như tiếp xúc giao diện vượt trội với điện cực, độ dẫn ion có thể điều chỉnh và khả năng tương thích với các phương pháp sản xuất có thể mở rộng—cũng như những thách thức kỹ thuật chính mà chúng phải đối mặt, bao gồm độ ổn định nhiệt hạn chế, cửa sổ điện hóa hẹp và sự suy giảm giao diện—sẽ được xem xét. Nghiên cứu này nêu bật các giải pháp mới nổi từ các nghiên cứu gần đây, bao gồm thiết kế phân tử polyme, vật liệu composite polyme-gốm và các chiến lược trùng hợp tại chỗ. Trái ngược với các hệ thống oxit và sunfua, vốn gặp phải những rào cản đáng kể về chi phí, khả năng sản xuất và tích hợp, chất điện phân gốc polyme mang đến một con đường thực tế và khả thi về mặt kinh tế để triển khai trên quy mô lớn. Với những tiến bộ không ngừng trong thiết kế vật liệu và chế biến công nghiệp, polyme không chỉ có tính cạnh tranh mà còn dẫn đầu quá trình chuyển đổi sang pin thể rắn thế hệ tiếp theo.
Tài liệu tham khảo
https://doi.org/10.1002/advs.202510481