Nghiên cứu, phân tích thành phần vật liệu điện cực pin Li-ion nguyên khối dòng xả lớn

Pin Li-ion nguyên khối dạng hình trụ có kích thước 360 × 50 mm (chiều dài × đường kính) với thông số điện hóa: điện áp 3,7 V, dung lượng 40 Ah đã được tháo rời nhằm mục đích nghiên cứu thành phần vật liệu điện cực của pin. Bài viết tập trung nghiên cứu, phân tích thành phần vật liệu điện cực pin Li-ion nguyên khối dòng xả lớn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, phân tích thành phần vật liệu điện cực pin Li-ion nguyên khối dòng xả lớnNghiên cứu khoa học công nghệ Nghiên cứu, phân tích thành phần vật liệu điện cực pin Li-ion nguyên khối dòng xả lớnĐoàn Minh Cường*, Vũ Minh Thành, Bùi Văn Tài, Phạm Thị Phượng, Nguyễn Văn Tú, Đoàn Tuấn Anh, Đào Thế Nam, Đinh Văn Long, Mai Văn Phước, Phan Thị Dinh, Nguyễn Thị Thu Ninh, Lê Trần TiệpViện Hóa học – Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam.* Email: doanminhcuong90@gmail.com.Nhận bài: 18/10/2023; Hoàn thiện: 13/12/2023; Chấp nhận đăng: 05/02/2024; Xuất bản: 25/02/2024.DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.93.2024.63-70 TÓM TẮT Pin Li-ion nguyên khối dạng hình trụ có kích thước 360 × 50 mm (chiều dài × đường kính) vớithông số điện hóa: điện áp 3,7 V, dung lượng 40 Ah đã được tháo rời nhằm mục đích nghiên cứuthành phần vật liệu điện cực của pin. Sử dụng các phương pháp phân tích vật liệu hiện đại như:hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX), nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổnguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ (ICP-MS) để xác định thành phần, hình thái họcvà cấu trúc tinh thể của vật liệu điện cực. Kết quả phân tích cho thấy, điện cực dương bao gồmvật liệu hoạt động có thành phần chính là Lithium Cobalt Oxide và chất phụ gia được phủ lên trênlá nhôm (Al) có chiều dày 25 m. Vật liệu hoạt động điện cực âm có thành phần chủ yếu là graphiteđược phủ lên trên lá đồng (Cu) có chiều dày 20 m.Từ khoá: Pin Li-ion; Điện cực; Vật liệu hoạt động; Dòng phóng lớn 1. MỞ ĐẦU Hiện nay, nguồn năng lượng điện hóa đang được sử dụng phổ biến trong các trang thiết bị quânsự nhờ một số đặc điểm ưu việt hơn so với nguồn năng lượng nhiệt truyền thống như: tính đơngiản của động cơ điện; chi phí sản xuất thấp với cùng động cơ điện; hiệu năng của động cơ cao;độ ồn nhỏ; chi phí vận hành rẻ hơn; bảo quản an toàn [1]. Trong số các loại nguồn năng lượng này, pin Li-ion đang ngày càng nhận được sự chú ý rộngrãi như là nguồn cung cấp và lưu trữ năng lượng trong các thiết bị di động, xe điện, xe hybrid [2]và thậm chí trong lĩnh vực hàng không vũ trụ hay các thiết bị quân sự [3]. Pin Li-ion là loại pin cóthể sạc lại, trong đó, các ion liti từ điện cực âm di chuyển đến điện cực dương trong quá trìnhphóng điện và di chuyển trở lại điện cực âm khi pin được sạc. Nguyên lý hoạt động của pin Li-ionđược thể hiện như trên hình 1. Hình 1. Nguyên lý hoạt động của pin Li-ion. Phản ứng xảy ra tại các điện cực và phản ứng tổng thể được thể hiện trong các phương trìnhdưới đây:Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, 93 (2024), 63-70 63 Hóa học & Môi trường Tại cực dương (cathode): nạp → LiMO2 Li1-x MO2 +xLi+ +xe- (1) ← phóng Tại cực âm (anode): nạp + → - C+xLi +xe ← Lix C (2) phóng Tổng quát: nạp → LiMO2 +C Li1-x MO2 +Lix C (3) ← phóng Trong các phương trình này, LiMO 2 là ký hiệu vật liệu cathode oxit kim loại, còn C là vậtliệu anode. Cấu tạo điển hình của pin Li-ion bao gồm: điện cực dương, điện cực âm, màng ngăn cách vàchất điện ly. Cực dương được làm bằng hợp chất ôxít kim loại chuyển tiếp và liti như: LiMnO 2,LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2 và được phủ lên trên lá nhôm. Cực âm thường được cấu tạotừ graphit phủ lên trên lá đồng dày có chức năng lưu giữ các ion liti trong tinh thể. Màng ngăncách mỏng dạng xốp được làm từ polyethylene hoặc polypropylene dày từ 16 µm đến 25 µm nằmgiữa cực dương và cực âm. Có bốn loại vật liệu điện ly thường được dùng cho pin Li-ion, đó là:vật liệu điện ly dạng lỏng, dạng gel, dạng polymer và dạng rắn (gốm) [4]. Đối với loại pin Li-ion sử dụng trong thiết bị quân sự, do điều kiện hoạt động đặc thù nên yêucầu các đặc tính kỹ thuật cao như: dung lượng cao, dòng xả lớn, tuổi thọ chu kỳ dài và dải nhiệtđộ làm việc rộng. Trong nước hiện nay chưa có cơ sở sản xuất nào chế tạo thành công loại pin đặcchủng này, do độ phức tạp về công nghệ cũng như ...