Khám phá cơ chế của quá trình oxy hóa khử trong pin lithium

Những năm gần, cùng với xu hướng sử dụng năng lượng xanh, xe điện được sử dụng khá phổ biến. Sự đa dạng về chủng loại xe dẫn đến nhu cầu sử dụng nhiều loại pin khác nhau, đặc biệt là vật liệu sản xuất pin phải có khả năng tích trữ nhiều điện với điện áp cao.

Hiện nay, việc nâng cao mật độ năng lượng của pin li-ion giúp cải thiện được vấn đề lưu trữ điện ở điện áp cao thông qua quá trình oxy hóa các ion oxit trong vật liệu catot. Hầu hết các vật liệu làm catot hiện nay là các oxit kim loại chuyển tiếp phân lớp kết hợp với nhau, ví dụ: coban, niken và mangan. Đây là những vật liệu oxy hóa khử có khả năng tăng mật độ năng lượng ở catot cao. Tuy nhiên chúng bị thay đổi cấu trúc trong lần sạc đầu tiên dẫn đến điện áp bị sụt giảm đáng kể.

Các nhà khoa học đã nỗ lực nghiên cứu để khám phá cơ chế của quá trình oxy hóa khử (chủ yếu là tìm hiểu bản chất của oxy trong quá trình oxy hóa khử) nhằm hạn chế việc sụt giảm điện áp sau lần sạc đầu tiên.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật RIXS, với dòng tia I21 để tìm hiểu sự thay đổi của oxy và nhận thấy loại oxy bị oxy hóa trong phần lớn vật liệu là oxy phân tử. Từ mô hình tính toán, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được rằng sự tồn tại và tiến hóa của oxy phân tử trong vật liệu làm ảnh hưởng đến các phản ứng điện hóa mà chúng ta quan sát được, cùng với sự giảm điện áp khi phóng điện trong lần sạc đầu tiên, và sự thay đổi cấu trúc.

Giáo sư Saiful Islam, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: "Mối quan hệ giữa việc giảm điện áp và oxy phân tử cho phép các nhà nghiên cứu đề xuất các giải pháp làm hạn chế sự mất ổn định do oxy trong quá trình oxy hóa khử gây ra".

Từ nghiên cứu này cho thấy sự hiểu biết của quá trình oxy hóa khử giúp tìm giải pháp cho những hạn chế của vật liệu được nhanh hơn, đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu chế tạo pin.

Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature Energy.

 Diệu Huyền (CESTI) - Theo Techxplore.com