Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một phân tử hữu cơ, axit nghệ tây, có thể tăng dải điện áp của pin lithium-ion ngày nay.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc phát triển pin lithium-ion rẻ tiền và năng lượng cao bằng cách sử dụng các phân tử hữu cơ có điện thế cao làm cực âm của pin.

Một nhóm nghiên cứu chung từ Đại học Tohoku và Đại học California, Los Angeles đã tạo ra một loại pin lithium thay thế hầu hết các ion lithium hiện tại bằng axit croconic làm cực âm. Cực âm trong pin, pin lithium-ion thường bao gồm lithium và các kim loại như coban, sắt, niken và/hoặc nhôm.

Trên thực tế, pin lithium-ion truyền thống dựa vào các vật liệu quý hiếm như coban và lithium, những vật liệu này rất khó kiếm, vô nhân đạo và đắt đỏ. Mặt khác, pin hữu cơ sử dụng các nguyên tố dồi dào tự nhiên như carbon, hydro, nitơ và oxy, không chỉ làm cho chúng thân thiện với môi trường hơn mà còn ít tốn kém hơn.

Các nhà nghiên cứu cho biết, một ưu điểm khác của pin hữu cơ là dung lượng lý thuyết cao hơn so với pin lithium-ion thông thường, bởi vì việc sử dụng các vật liệu hữu cơ này làm cho pin nhẹ hơn.

Các nhà nghiên cứu cho biết bước đột phá của nhóm mở đường cho sự phát triển trong tương lai của pin lithium-ion không chứa kim loại, năng lượng cao và rẻ tiền, có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của các thiết bị thế hệ tiếp theo.

Tuy nhiên, một nhược điểm của pin hữu cơ cho đến nay là hầu hết các loại pin được báo cáo đều hoạt động ở điện áp tương đối thấp, từ 1 vôn đến 3 vôn; do đó, tăng đáng kể điện áp là mục tiêu của các nhà khoa học nghiên cứu các loại pin này.

tiềm năng áp suất cao

Nhóm nghiên cứu của Đại học Đông Bắc/Đại học California, Los Angeles (UCLA) đã đạt được điều này với axit nghệ tây, có thể duy trì điện áp hoạt động mạnh khoảng 4 V khi được sử dụng làm vật liệu cực âm cho pin lithium-ion. Nhóm nghiên cứu bao gồm giáo sư hóa học Itaru Honma của Đại học Tohoku và trợ lý giáo sư hóa học Hiroaki Kobayashi, và sinh viên tốt nghiệp UCLA Yuto Katsuyama.

“Chúng tôi đã nghiên cứu hành vi điện hóa của nghệ tây ở điện áp cao trên 3 volt thông qua các tính toán lý thuyết và thí nghiệm điện hóa,” Kobayashi cho biết trong một thông cáo báo chí. Mật độ năng lượng lý thuyết rất cao là 1949 Wh/kg, lớn hơn hầu hết các loại pin lithium-ion vô cơ và hữu cơ."

Axit saffronic là một chất trong đó năm nguyên tử carbon được liên kết với nhau theo hình ngũ giác; mỗi nguyên tử carbon được liên kết với oxy. Vật liệu này cũng có dung lượng lý thuyết cao là 638,6mAh/g, cao hơn nhiều so với lithium coban oxit, một vật liệu cực âm cho pin lithium-ion truyền thống. Dung lượng của oxit lithium coban chỉ khoảng 140mAh/g.

Nhóm nghiên cứu đã xuất bản một bài báo liên quan trên tạp chí Advanced Science.

Sự phát triển tương lai

Các nhà nghiên cứu đã không thể đạt được khả năng lý thuyết của nghệ tây trong nghiên cứu của họ; tuy nhiên, họ vẫn lạc quan rằng cuối cùng họ có thể phát triển một chất điện phân ổn định dưới áp suất cao và có thể biến đổi nghệ tây về mặt hóa học. đạt được mục tiêu này.

Theo các nhà nghiên cứu, thực tế là hầu hết các chất điện phân không thể hoạt động ở điện áp hoạt động mạnh của axit nghệ tây khiến việc phát triển các chất điện phân mới trở thành bước quan trọng tiếp theo trong quá trình phát triển các loại pin hữu cơ này.

Họ nói rằng nhóm nghiên cứu có kế hoạch khám phá cách các phân tử hữu cơ nhỏ, chẳng hạn như axit crocus, có thể được ổn định bằng cách sửa đổi cấu trúc thích hợp để đạt được khả năng đảo ngược và khả năng lớn hơn.