Vào ngày 19 tháng 11 năm 2020, Toshiba thông báo rằng họ đã phát triển một loại pin lithium-ion dựa trên nước thay thế các dung môi hữu cơ như polycarbonate, được sử dụng làm chất điện phân cho pin thứ cấp lithium-ion với nước. "Mặc dù đã có các trường hợp nghiên cứu và phát triển cho pin lithium ion dựa trên nước", "Toshiba" "là hãng đầu tiên trên thế giới có loại pin có hiệu suất sạc / xả sạc ở nhiệt độ thấp ổn định trong môi trường -30 ° C và hiệu suất tuổi thọ cao có thể sạc / xả sạc 2000 lần. Hiện tại, Toshiba đã hoàn thành việc xác nhận hiệu suất của một pin thử nghiệm nhỏ 4 cm vuông được sử dụng trong phòng thí nghiệm, nhưng trong tương lai dự định sản xuấtpin lithium-ion 20 Ah sẽ là mẫu thực tế để khách hàng đánh giá. Toshiba có kế hoạch tiến hành phát triển với mục đích đưa vào sử dụng thực tế trong những năm 2020.
Vật liệu oxit lithium được sử dụng trong pin lithium ion nói chung làm vật liệu hoạt động điện cực dương và oxit titan lithium (LTO) được sử dụng trong “SciB” đang củng cố đề xuất như là Pin Lithium ion mà Toshiba không đốt cháy như vật liệu hoạt động của điện cực âm, được áp dụng trong pin lithium ion dựa trên nước đã phát triển lần này. Chất điện phân tan trong nước như liti clorua hoặc liti sunfat được hòa tan trong nước như một dung dịch điện phân ở nồng độ cao.
Trong pin lithium ion dựa trên nước sử dụng nước như chất điện phân, khi điện áp pin vượt quá 2 V, quá trình điện phân nước sẽ diễn ra, hydro được tạo ra và hoạt động của pin trở nên khó khăn. Trong trường hợp hoạt động trong thời gian dài, phản ứng điện phân của dung dịch điện phân xảy ra và phản ứng nạp / xả không tiến triển.
Để giải quyết những vấn đề này, Toshiba đã áp dụng bộ tách chất điện ly rắn làm bằng oxit kim loại lithium thay vì bộ tách xốp được sử dụng trong pin lithium-ion nói chung. Kết quả là, các ion hydro di chuyển từ phía điện cực dương sang phía điện cực âm trong quá trình sạc và quá trình tạo hydro liên tục xảy ra trong phản ứng khử trên điện cực âm có thể bị triệt tiêu. Ngay cả khi điện áp pin là 2V hoặc cao hơn, chỉ có các ion lithium di chuyển giữa các bộ phân tách chất điện phân rắn, và các ion hydro hầu như không di chuyển. Từ đường cong sạc / xả sạc 1C đã xác nhận hoạt động ở điện áp 2,4V.
Pin lithium-ion dựa trên nước cũng gặp vấn đề là nước trong dung dịch điện phân bị đóng băng ở nhiệt độ thấp từ 0 ° C trở xuống và không thể sạc hoặc xả. Pin lithium-ion dựa trên nước mới được phát triển giải quyết vấn đề này và cho phép sạc và xả ổn định ngay cả trong môi trường -30 ° C. Ngoài ra, trong khi pin lithium-ion dựa trên nước thông thường bị suy giảm dung lượng trong chu kỳ sạc và xả khoảng 200 lần trong môi trường 25 ℃, thì pin lithium-ion mới được phát triển không bị suy giảm thậm chí chu kỳ sạc/xả hơn 2.000 lần.
Các kết quả đánh giá này dựa trên các ô thử nghiệm nhỏ. Độ dày của bộ tách chất điện ly rắn là 150μm, là "khá dày" (Takashi Kubogi, chuyên gia cao cấp tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển của Toshiba). Dự kiến, máy tách chất điện ly rắn có thể được làm mỏng hơn khi phát triển các mẫu để khách hàng đánh giá trong tương lai.
Lợi ích của việc không bị phân loại là vật liệu nguy hiểm theo Luật phòng cháy chữa cháy
Pin Lithium-ion được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau vì chúng có mật độ năng lượng và mật độ đầu ra cao hơn so với các loại pin thứ cấp khác như pin chì. Đặc biệt, để đạt được mục tiêu không phát thải khí nhà kính của Chính phủ Nhật Bản vào năm 2050, nhu cầu về pin lithium-ion dự kiến sẽ tăng lên, vì nó được sử dụng để điều chỉnh mức biến động đầu ra của năng lượng tái tạo như hệ thống phát điện mặt trời.
Tuy nhiên, pin lithium-ion có thể gây ra tai nạn cháy nổ do mật độ năng lượng và mật độ đầu ra cao. Vì cần thiết phải đưa ra một hệ thống an toàn để tránh tai nạn, có một vấn đề là chi phí có xu hướng cao không chỉ đối với pin mà còn đối với hệ thống lưu trữ điện tĩnh. Vì lý do này, mặc dù mật độ năng lượng và mật độ đầu ra thấp hơn so với pin lithium-ion, nhưng pin chì rẻ tiền và an toàn thường được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ điện tĩnh.
Pin lithium-ion dựa trên nước mới được phát triển được phát triển với nhận thức mạnh mẽ về hệ thống lưu trữ điện tĩnh. Pin lithium ion thông thường sử dụng dung môi hữu cơ của vật liệu dễ cháy làm chất điện phân, và khi một số lượng lớn pin được kết hợp và lắp ráp thành một hệ thống dung lượng lớn, pin sẽ được xếp vào loại vật liệu nguy hiểm theo Luật Phòng cháy chữa cháy. Do đó, cần phải sử dụng một hộp bên ngoài để tăng cường sức mạnh cho pin và một hệ thống an toàn để ứng phó với trường hợp khẩn cấp. Ngoài ra, cũng cần lập một khu đất trống xung quanh như một hạn chế lắp đặt dựa trên Luật Phòng cháy chữa cháy.
Pin lithium ion dựa trên nước không thuộc các vật liệu nguy hiểm của Lluật Phòng cháy chữa cháy và vì các chi phí phát sinh này có thể được đơn giản hóa nên giá thành có thể giảm xuống. Vì không có hạn chế về lắp đặt theo Luật Phòng cháy chữa cháy, chúng có thể được lắp đặt ở nhiều nơi khác nhau. Ví dụ, gần các khu dân cư hoặc các tòa nhà văn phòng. Có thể thay thế không chỉ pin lithium-ion mà còn cả pin chì, loại pin đang có nhu cầu ngày càng tăng đối với các hệ thống lưu trữ điện tĩnh do giá thành rẻ và an toàn.
Tuy nhiên, đối với pin lithium-ion dựa trên nước, cần sử dụng lớp phân cách điện phân rắn, yêu cầu độ dày nhất định. Do đó, mật độ năng lượng và mật độ đầu ra thấp hơn so với pin lithium ion sử dụng bộ phân tách xốp là vật liệu màng mỏng. Vì lý do này, người ta nói rằng pin lithium-ion thông thường sẽ tiếp tục được sử dụng cho các thiết bị di động và xe điện, nơi mật độ năng lượng là quan trọng. Ông Kubogi nói, "Là một loại pin phụ cạnh tranh, nó có thể là một loại pin thể rắn hoàn toàn theo quan điểm an toàn cao."
( Nguồn tiếng Nhật )
Vật liệu oxit lithium được sử dụng trong pin lithium ion nói chung làm vật liệu hoạt động điện cực dương và oxit titan lithium (LTO) được sử dụng trong “SciB” đang củng cố đề xuất như là Pin Lithium ion mà Toshiba không đốt cháy như vật liệu hoạt động của điện cực âm, được áp dụng trong pin lithium ion dựa trên nước đã phát triển lần này. Chất điện phân tan trong nước như liti clorua hoặc liti sunfat được hòa tan trong nước như một dung dịch điện phân ở nồng độ cao.
Trong pin lithium ion dựa trên nước sử dụng nước như chất điện phân, khi điện áp pin vượt quá 2 V, quá trình điện phân nước sẽ diễn ra, hydro được tạo ra và hoạt động của pin trở nên khó khăn. Trong trường hợp hoạt động trong thời gian dài, phản ứng điện phân của dung dịch điện phân xảy ra và phản ứng nạp / xả không tiến triển.
Để giải quyết những vấn đề này, Toshiba đã áp dụng bộ tách chất điện ly rắn làm bằng oxit kim loại lithium thay vì bộ tách xốp được sử dụng trong pin lithium-ion nói chung. Kết quả là, các ion hydro di chuyển từ phía điện cực dương sang phía điện cực âm trong quá trình sạc và quá trình tạo hydro liên tục xảy ra trong phản ứng khử trên điện cực âm có thể bị triệt tiêu. Ngay cả khi điện áp pin là 2V hoặc cao hơn, chỉ có các ion lithium di chuyển giữa các bộ phân tách chất điện phân rắn, và các ion hydro hầu như không di chuyển. Từ đường cong sạc / xả sạc 1C đã xác nhận hoạt động ở điện áp 2,4V.
Pin lithium-ion dựa trên nước cũng gặp vấn đề là nước trong dung dịch điện phân bị đóng băng ở nhiệt độ thấp từ 0 ° C trở xuống và không thể sạc hoặc xả. Pin lithium-ion dựa trên nước mới được phát triển giải quyết vấn đề này và cho phép sạc và xả ổn định ngay cả trong môi trường -30 ° C. Ngoài ra, trong khi pin lithium-ion dựa trên nước thông thường bị suy giảm dung lượng trong chu kỳ sạc và xả khoảng 200 lần trong môi trường 25 ℃, thì pin lithium-ion mới được phát triển không bị suy giảm thậm chí chu kỳ sạc/xả hơn 2.000 lần.
Các kết quả đánh giá này dựa trên các ô thử nghiệm nhỏ. Độ dày của bộ tách chất điện ly rắn là 150μm, là "khá dày" (Takashi Kubogi, chuyên gia cao cấp tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển của Toshiba). Dự kiến, máy tách chất điện ly rắn có thể được làm mỏng hơn khi phát triển các mẫu để khách hàng đánh giá trong tương lai.
Lợi ích của việc không bị phân loại là vật liệu nguy hiểm theo Luật phòng cháy chữa cháy
Pin Lithium-ion được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau vì chúng có mật độ năng lượng và mật độ đầu ra cao hơn so với các loại pin thứ cấp khác như pin chì. Đặc biệt, để đạt được mục tiêu không phát thải khí nhà kính của Chính phủ Nhật Bản vào năm 2050, nhu cầu về pin lithium-ion dự kiến sẽ tăng lên, vì nó được sử dụng để điều chỉnh mức biến động đầu ra của năng lượng tái tạo như hệ thống phát điện mặt trời.
Tuy nhiên, pin lithium-ion có thể gây ra tai nạn cháy nổ do mật độ năng lượng và mật độ đầu ra cao. Vì cần thiết phải đưa ra một hệ thống an toàn để tránh tai nạn, có một vấn đề là chi phí có xu hướng cao không chỉ đối với pin mà còn đối với hệ thống lưu trữ điện tĩnh. Vì lý do này, mặc dù mật độ năng lượng và mật độ đầu ra thấp hơn so với pin lithium-ion, nhưng pin chì rẻ tiền và an toàn thường được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ điện tĩnh.
Pin lithium-ion dựa trên nước mới được phát triển được phát triển với nhận thức mạnh mẽ về hệ thống lưu trữ điện tĩnh. Pin lithium ion thông thường sử dụng dung môi hữu cơ của vật liệu dễ cháy làm chất điện phân, và khi một số lượng lớn pin được kết hợp và lắp ráp thành một hệ thống dung lượng lớn, pin sẽ được xếp vào loại vật liệu nguy hiểm theo Luật Phòng cháy chữa cháy. Do đó, cần phải sử dụng một hộp bên ngoài để tăng cường sức mạnh cho pin và một hệ thống an toàn để ứng phó với trường hợp khẩn cấp. Ngoài ra, cũng cần lập một khu đất trống xung quanh như một hạn chế lắp đặt dựa trên Luật Phòng cháy chữa cháy.
Pin lithium ion dựa trên nước không thuộc các vật liệu nguy hiểm của Lluật Phòng cháy chữa cháy và vì các chi phí phát sinh này có thể được đơn giản hóa nên giá thành có thể giảm xuống. Vì không có hạn chế về lắp đặt theo Luật Phòng cháy chữa cháy, chúng có thể được lắp đặt ở nhiều nơi khác nhau. Ví dụ, gần các khu dân cư hoặc các tòa nhà văn phòng. Có thể thay thế không chỉ pin lithium-ion mà còn cả pin chì, loại pin đang có nhu cầu ngày càng tăng đối với các hệ thống lưu trữ điện tĩnh do giá thành rẻ và an toàn.
Tuy nhiên, đối với pin lithium-ion dựa trên nước, cần sử dụng lớp phân cách điện phân rắn, yêu cầu độ dày nhất định. Do đó, mật độ năng lượng và mật độ đầu ra thấp hơn so với pin lithium ion sử dụng bộ phân tách xốp là vật liệu màng mỏng. Vì lý do này, người ta nói rằng pin lithium-ion thông thường sẽ tiếp tục được sử dụng cho các thiết bị di động và xe điện, nơi mật độ năng lượng là quan trọng. Ông Kubogi nói, "Là một loại pin phụ cạnh tranh, nó có thể là một loại pin thể rắn hoàn toàn theo quan điểm an toàn cao."
( Nguồn tiếng Nhật )
Có thể bạn sẽ thích