Nhôm phủ trên dây nano kim loại NiSix hoạt động như vật liệu anode của thiết bị ắc quy (Battery) lithium

Nhôm (aluminum - Al) là vật liệu khá rẻ, thân thiện với con người và môi trường. Al kết hợp với các ion lithium (Li) tồn tại dưới dạng nhiều hợp kim có cấu hình khác nhau như AlLi, Al2Li3, Al4Li9… Bài viết giới thiệu một cấu trúc điện cực anode mới của thiết bị ắc quy được xây dựng trên cơ sở sự kết hợp giữa vật liệu Al và dây nano kim loại NiSix.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhôm phủ trên dây nano kim loại NiSix hoạt động như vật liệu anode của thiết bị ắc quy (Battery) lithium52 Journal of Science – Phu Yen University, No.28 (2021), 52-59 NHÔM PHỦ TRÊN DÂY NANO KIM LOẠI NiSix HOẠT ĐỘNG NHƯ VẬT LIỆU ANODE CỦA THIẾT BỊ ẮC QUY (BATTERY) LITHIUM Lê Đức Toàn* Trường Đại học Phú Yên Ngày nhận bài: 16/08/2021; Ngày nhận đăng: 01/10/2021Tóm tắt Nhôm (aluminum - Al) là vật liệu khá rẻ, thân thiện với con người và môi trường. Al kếthợp với các ion lithium (Li) tồn tại dưới dạng nhiều hợp kim có cấu hình khác nhau như AlLi,Al2Li3, Al4Li9… Tùy vào dạng hợp kim được hình thành trong quá trình kết hợp mà khả năngtích trữ ion Li trong Al sẽ có giá trị khác nhau, giá trị lớn nhất có thể đạt được lên đến 2235mAh/g (đối với hợp kim Al4Li9). Chính vì lẽ này Al là một trong những vật liệu tiềm năng choviệc nghiên cứu ứng dụng trong các thiết bị ắc quy. Trong bài báo này chúng tôi giới thiệu mộtcấu trúc điện cực anode mới của thiết bị ắc quy được xây dựng trên cơ sở sự kết hợp giữa vậtliệu Al và dây nano kim loại NiSix. Từ khóa: ắc quy, lithium, NiSixNWs, nhôm, biến đổi khí hậu…1. Giới thiệu các bước cải tiến lớn để đáp ứng được tình Biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày hình mới. Đó là tạo ra các thiết bị ắc quycàng căng thẳng, đe dọa nghiêm trọng đến mới có khả năng tích trữ được lượng lớnmôi trường sống nhân loại. Một trong điện năng, bền, và tiện dùng hơn như cónhững lý do cơ bản của biến đổi khí hậu khả năng sạc nhanh.đến từ việc tăng nồng độ CO2 thải ra từ các Có thể nói các thiết bị, phương tiệnphương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng hoạt động trên cơ sở năng lượng điện đượctrên cơ sở nhiên liệu hóa thạch. Để cắt giảm tích trữ trong các thiết bị ắc quy thì bộ phậnvấn đề này, nhân loại đang dần chuyển từ ắc quy trở thành một trong những bộ phậnviệc sử dụng động cơ đốt trong vận hành yếu điểm nhất quyết định đến sự cạnh tranhtrên cơ sở nhiên liệu hóa thạch sang sử của sản phẩm. Khả năng hoạt động củadụng các động cơ vận hành trên cơ sở năng thiết bị ắc quy phụ thuộc vào nhiều bộ phậnlượng điện được tích trữ trong các thiết bị khác nhau như vật liệu cathode, vật liệuắc quy. Sự phát triển mạnh mẽ của cuộc anode, electrolyte… Đối với vật liệu anode,sống xã hội, hoạt động giao tiếp đòi hỏi các theo lịch sử phát triển thì than chì (graphite)thiết bị nghe gọi thông minh (smart phone) hiện vẫn là một vật liệu cơ bản nhất củahay máy tính cá nhân (laptop) phải có khả ngành công nghiệp ắc quy, mặc cho khảnăng tích trữ năng lượng điện nhiều hơn, sử năng tích trữ năng lượng điện của nó ở mứcdụng lâu hơn. Với tất cả những lý do cơ khá thấp (372 mAh/g) (Y. Qi và cộng sự,bản này, các yêu cầu mới đặt ra đối với 2017). Lý do là rằng than chì có độ giãncông nghệ ắc quy là phải thực hiện được khối khá thấp trong quá trình sạc và xả ion___________________________ Li. Độ giãn chỉ khoảng 10% theo trục* Email: toanvatlieu@gmail.com vuông góc với bề mặt màng than chì vàTạp chí Khoa học – Trường Đại học Phú Yên, Số 28 (2021), 52-59 53khoảng 1% theo phương nằm trong bề mặt khá cao. Hợp kim Al4Li9 có tích trữ năngthan chì (Y. Qi và cộng sự, 2017), vì thế vật lượng điện lên đến 2235 mAh/g (B.liệu than chì khá bền cho các ứng dụng Hallstedt, O. Kim, 2007), tuy nhiên sự hànhthiết bị ắc quy. Hiện tại, các thiết bị ắc quy thành của hợp kim này rất khó xảy ra ởtrên cơ sở ion Li, sử dụng than chì làm vật điều kiện nhiệt độ phòng bình thường. Hợpliệu anode có tuổi thọ hoạt động nằm trong kim khả dĩ xuất hiện nhất giữa Al và Li ởkhoảng 1000 đến 2000 lần sạc – xả (cycle) điều kiện nhiệt độ phòng là β-AlLi có mứctùy vào độ sâu sạc, xả cũng như cách sử tích trữ năng lượng điện lên đến 990 mAh/gdụng. Chính sự hạn chế về khả năng tích (Y. Hamon và cộng sự, 2001). Tuy thếtrữ ion Li, nhiều vật liệu anode khác có khả giống như các vật liệu anode Si hay Sn, vậtnăng ứng dụng trong các thiết bị ắc quy liệu Al có độ giãn nở khối trong quá trìnhtrên cơ sở ion Li được triển khai nghiên sạc, xả cũng khá lớn lên đến 95% (M. M.cứu. Điển hình trong số các vật liệu anode Thackeray và cộng sự, 2003), dẫn đến sựmới có thể kể đến gồm silicon (Si) với khả suy biến của ắc quy cũng khá nhanh. Điểmnăng tích trữ năng lượng điện lên đến 3600 hạn chế này xảy ra với mọi dạng khác nhaumAh/g, thiếc (Sn) có khả năng tích trữ lên của Al như màng, hạt nano hay dây nano.đến 980 mAh/g (W. –J. Zhang, 2011). Tuy ...