Language
Country/Area
No result found
Từ năm 1981 đến năm 2021: Lịch sử của tụ điện lithium-ion thú vị như thế nào?
Tụ điện lithium-ion (LIC) là tụ điện lai kết hợp cơ chế lưu trữ năng lượng của pin lithium-ion với đặc điểm cấu trúc của siêu tụ điện. Kể từ lần đầu tiên ra mắt vào năm 1981, sự phát triển của tụ điện lithium-ion đã có nhiều cải tiến và đột phá như chính bản thân tụ điện. Trong bốn thập kỷ qua, công nghệ này không chỉ thúc đẩy những thay đổi trong lưu trữ năng lượng điện mà còn thúc đẩy nghiên cứu sâu rộng trong các lĩnh vực liên quan. Chúng ta hãy cùng nhau khám phá hành trình lịch sử thú vị này.
Bối cảnh lịch sửNăm 1981, Tiến sĩ Yamabe của Đại học Kyoto đã hợp tác với Tiến sĩ Yata của Tập đoàn Kanebo để tạo ra một vật liệu gọi là PAS, một công nghệ đặt nền móng cho sự ra đời của tụ điện lithium-ion.
Vào đầu những năm 1980, Kanebo đã nộp một số bằng sáng chế và bắt đầu tập trung vào việc thương mại hóa tụ điện PAS và tụ điện lithium-ion. Tụ điện PAS đầu tiên được bán ra thị trường vào năm 1986, tụ điện lithium-ion ra đời sau đó vào năm 1991. Theo thời gian, giới học thuật và ngành công nghiệp đã bắt đầu đánh giá cao tiềm năng của tụ điện lithium-ion và các nhóm nghiên cứu đã nỗ lực cải thiện hiệu suất của điện cực và chất điện phân cũng như kéo dài tuổi thọ của chúng. Năm 2010, Naoi và cộng sự đã phát triển thành công vật liệu tổng hợp từ oxit titan liti (LTO) có cấu trúc nano và sợi nano carbon, đưa công nghệ lên một tầm cao mới.
Khái niệm về tụ điện lithium-ion
Tụ điện lithium-ion là thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa lai kết hợp cơ chế xen kẽ của điện cực âm của pin lithium-ion với cơ chế hai lớp của tụ điện hai lớp điện. Nhờ cấu trúc này, mật độ năng lượng của tụ điện lithium-ion đạt khoảng 20 W⋅h/kg, cao gấp bốn đến năm lần so với tụ điện hai lớp điện thông thường. Mặc dù có mật độ năng lượng cao, tụ điện lithium-ion có mật độ công suất tương đương với tụ điện hai lớp điện vì chúng có thể xả chỉ trong vài giây.
Cấu trúc điện cực
Điện cực âm của tụ điện lithium-ion là điện cực giống như pin với mật độ năng lượng cao có thể lưu trữ lượng lớn năng lượng điện thông qua phản ứng xen kẽ thuận nghịch của các ion lithium. Tuy nhiên, sự suy giảm điện cực trở thành một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thiết kế. Với sự tiến bộ của công nghệ, ngày càng có nhiều vật liệu điện cực mới được đề xuất, trong đó lithium titanium oxide (LTO) đã thu hút sự chú ý rộng rãi do hiệu suất tuyệt vời của nó.
Ưu điểm của oxit titan lithium bao gồm hiệu suất coulomb cao, nền tảng điện áp hoạt động ổn định và thay đổi thể tích tối thiểu trong quá trình xen kẽ lithium.
Chất điện phân và chất cô lập
Chất điện phân có động học tốt đóng vai trò quan trọng đối với hiệu suất của tụ điện lithium-ion. Chất điện phân lý tưởng phải có độ dẫn ion cao để tạo điều kiện cho các ion lithium tiếp cận các vị trí điện cực một cách hiệu quả. Do đó, dung dịch muối ion lithium không chứa nước thường được sử dụng để tránh suy giảm hiệu suất do phản ứng của nước với ion lithium.
Ưu điểm và đặc điểm của tụ điện lithium-ion
Tụ điện lithium-ion thường có độ điện môi cao hơn và mật độ năng lượng tốt hơn tụ điện truyền thống, nhưng mật độ năng lượng của chúng vẫn thấp hơn mật độ năng lượng của pin lithium-ion. Tụ điện lithium-ion có hiệu suất tốt trong phạm vi nhiệt độ hoạt động, tốc độ tự xả thấp và tuổi thọ cao, khiến chúng trở thành sự lựa chọn lý tưởng trong nhiều ứng dụng khác nhau.
So sánh với các công nghệ khác
Tụ điện lithium-ion vượt trội hơn pin lithium-ion truyền thống về mật độ công suất và độ an toàn, và tất nhiên chúng cũng có điện áp đầu ra cao hơn. So với tụ điện hai lớp điện, tụ điện lithium ion có mật độ năng lượng cao hơn nhưng lại kém hơn về tuổi thọ chu kỳ. Nhìn chung, tụ điện lithium-ion là công nghệ độc lập phù hợp với nhiều tình huống ứng dụng cụ thể.
Phát triển và ứng dụng trong tương lai
Khi công nghệ tiếp tục phát triển, tiềm năng ứng dụng của tụ điện lithium-ion ngày càng tăng. Cho dù trong hệ thống phát điện gió, bộ lưu điện UPS, hệ thống phát điện quang điện hay phanh tái tạo của xe hạng nặng, tụ điện lithium-ion đều chứng tỏ hiệu suất vượt trội. Xu hướng tăng của các ứng dụng này cho thấy tiềm năng thị trường rất lớn.
Sự phát triển của tụ điện lithium-ion là kết quả của sự giao thoa giữa khoa học vật liệu và công nghệ điện hóa, và mỗi bước đều mang đến cho chúng ta những khả năng mới. Đứng trước tương lai, liệu tụ điện lithium-ion có đáp ứng được nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và khái niệm phát triển bền vững đã trở thành chủ đề chúng ta cần suy nghĩ sâu sắc hay không?
