Nếu ắc quy có thể sạc đầy trong vài giây, lưu trữ nhiều năng lượng hơn, kéo dài tuổi thọ lâu hơn và an toàn hơn, cuộc sống sẽ trở nên dễ dàng hơn. Hiện tại, pin rắn hiệu quả cao đang trở thành chủ đề hot trong lĩnh vực này, nhiều công ty ô tô thậm chí đã cam kết cung cấp loại pin này trên những chiếc xe trong tương lai. Theo thông tin từ các phương tiện truyền thông quốc tế, một nhóm đa dạng quốc tế đã thu được những hiểu biết mới thông qua việc phân tích toàn diện, trong đó tiết lộ sự liên quan quan trọng giữa hiệu suất cơ học và điện dẫn ion của dẫn điện siêu ion natri (NASICON). Những phát hiện này sẽ trở thành nguồn kiến thức quý giá, giúp thúc đẩy thiết kế nghiên cứu trong tương lai, từ đó thúc đẩy sự phát triển của công nghệ năng lượng hiện đại.
(Nguồn ảnh: Đại học Tohoku)
NASICON là một cấu trúc tinh thể có độ dẫn điện cao, rất phù hợp cho các ứng dụng năng lượng như pin. Để nâng cao hiệu suất, tính ổn định và an toàn, việc cân bằng giữa hiệu suất cơ học và điện dẫn ion là rất quan trọng. Ví dụ, việc thay đổi một số yếu tố có thể làm tăng điện dẫn ion nhưng có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc, làm cho NASICON trở nên kém ổn định hơn. Cần duy trì sự cân bằng tinh tế giữa các thuộc tính này để đạt được sự tương tác hoàn hảo.
(Nguồn ảnh: Đại học Tohoku)
Eric Jianfeng Cheng từ Đại học Tohoku cho biết: “Chúng tôi phát hiện rằng yếu tố quan trọng nhất là mật độ tương đối. Khi các nhà nghiên cứu tăng mật độ tương đối của NASICON, không chỉ nâng cao điện dẫn ion mà còn cả cường độ cơ học. Đây là một tình huống đôi bên cùng có lợi.”
Dựa trên kết quả thí nghiệm và sự xem xét kỹ lưỡng các nghiên cứu hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất sử dụng công nghệ nung chảy tiên tiến (tức là quá trình gia nhiệt lại và thay đổi vật liệu rắn) để đạt được mật độ tương đối cao cho dẫn điện siêu ion natri, chẳng hạn như nung chảy plasma tia lửa (SPS). Thực hiện phương pháp này có thể hiệu quả giảm thiểu các khuyết tật như lỗ khí.
Ngược lại, việc thay đổi các yếu tố quan trọng khác như pha thứ cấp và cấu trúc tinh thể cần phải được thực hiện một cách cân nhắc. Việc tăng kích thước tinh thể sẽ làm giảm điện trở ranh giới tinh thể, từ đó nâng cao điện dẫn ion, nhưng cũng có thể làm hỏng tính toàn vẹn cơ học do tăng độ xốp. Tương tự, việc hình thành pha thứ cấp có thể cải thiện tính năng cơ học của vật liệu nhưng thường cản trở sự truyền tải ion.
(Nguồn ảnh: Đại học Tohoku)
Nghiên cứu cho thấy, tăng mật độ tương đối có thể đồng thời cải thiện hiệu suất ion và cơ học, điều này không thể quan sát được thông qua việc thay đổi các yếu tố khác. Mối quan hệ này có thể mở rộng sang các chất điện phân rắn dựa trên ôxít khác, chẳng hạn như garnet Li7La3Zr2O12 (LLZO), từ đó chứng minh rằng những phát hiện này có liên quan rộng rãi hơn.
Thông qua việc cung cấp một khuôn khổ rõ ràng để tối ưu hóa hiệu suất cơ học và ion, nghiên cứu này có thể giúp phát triển pin rắn hiệu suất cao, khiến NASICON trở thành vật liệu tiềm năng cho công nghệ lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo.