Một loại pin Li-ion đặc biệt được phát triển thay thế cho chất bán dẫn và mạch in (PCB) đó là những thiết bị màng mỏng, rắn. Đó là những pin sử dụng bản âm gốm, chất điện li và vật liệu điện cực dương rắn, có thể duy trì ở nhiệt độ cao (2500C) và có thể được xây dựng bởi những kỹ thuật sản xuất khối dữ liệu cao trên những tấm silic điều đó có thể thực hiện được, cho những bộ vi điện tử. Những pin thuộc loại này có thể rất nhỏ, 0,04cm x 0,04cm x 2,0µm. Để ứng dụng trong những bộ vi điện tử, tất cả những linh kiện đó phải tồn tại được trong điều kiện 2500C trong không khí hoặc nitơ trong khoảng 10 phút. Những pin với chất điện li lỏng hoặc polymer không thể duy trì được trong những điều kiện đó bởi vì tính dễ thay đổi hoặc tính bền với nhiệt của những thành phần hữu cơ.
Pin Li-ion rắn được hình thành trên một đế, điển hình là thạch anh, thuỷ tinh soda-lime hoặc silic. Cực góp dương cực hiện hành là vàng hoặc bạch kim (0,1µm đến 0,3µm), một lớp cobalt (0,01µm tới 0,05µm, được bám chặt). Các pin này dùng LiCoO2 hoặc LiMn2O4 làm vật liệu điện cực dương. Lớp phủ ở điện cực dương có độ dày điển hình 0,05µ tới 5µm và diện tích 0,04 cm2 tới 25cm2, tuỳ thuộc vào yêu cầu về dung lượng ứng dụng. Chất điện li LiPON có độ dày điển hình từ 0,7µm đến 2µm.
Trong các pin này một vật liệu điện cực âm SiSn0,87O1,20N1,72 (SiTON), SnNx, InNx hoặc Zn3N2 được sử dụng. Độ dày của điện cực âm bằng 7% điện cực dương. Cực góp âm cực gồm cổ góp titan hoặc titan nitride (0,1µm đến 0,3µm) là điển hình. Việc làm kín pin được nâng cao, lớp bảo vệ bên ngoài là LiPON (1 µm) hoặc parylene (6µm) và titan hoặc nhôm (0,1µm).
Pin Li-ion rắn SiTON/LiCoO2 có mật độ dòng điện trong quá trình phóng trên 5mA/cm2, so sánh được với pin Li-ion trụ, với dải điện áp từ 4,2V tới 2,7V. Sự sử dụng của vật liệu điện cực âm (anôt) thì cao, 600 mAh/g ở 2mA/cm2. Những pin này được thiết kế để sử dụng trong vi điện tử nơi mà tất cả những linh kiện này phải duy trì ở nhiệt độ 2500C trong 10 phút hoặc 1 giờ. Chu kỳ đời sống của pin này khá cao.
KẾT LUẬN
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại pin, và pin Li-ion có nhiều đặc tính tốt hơn cả so với các loại pin cùng chủng loại như pin NiCd, NiMH ... (pin Li-ion vượt qua pin NiMH về mật độ tích trữ năng lượng).
Pin Li-ion được ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực, và làm cơ sở cho việc phát triển pin sinh học.
Nhưng nhược điểm của pin Li-ion là không ổn định, do đó gây ra một số sự cố đối với điện thoại di động và máy tính xách tay. Do đó, những công trình khoa học nghiên cứu về pin vẫn tiếp tục được tiến hành và những vật liệu pin Li-ion là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Việc cải tiến vật liệu làm điện cực dương đã cho phép đạt dung lượng cao hơn; những vật liệu làm điện cực âm mới cũng được nghiên cứu như vật liệu mạ thiếc, cùng với việc cải tiến tính an toàn của pin, điều đó đã cung cấp thế vị cho việc hoàn thiện hơn nữa những tính năng của pin như năng lượng riêng, mật độ năng lượng, khả năng tốc độ và độ bền lâu.
Tôi hi vọng đề tài này sẽ giúp bạn đọc hiểu thêm về pin Li-ion về cấu tạo, các quá trình hoá học xảy ra trong pin cũng như đặc trưng của pin Li- ion. Đồng thời tôi mong nhận được sự góp ý, phê bình của quý thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Hữu Mình. Vật lí Chất rắn (1992). NXB GD Hà Nội.
2. Venkatasetty, H.V: Lithium battery technology(1984). Wiley, New York.
3. Pistoia, G: Lithium batteies (1994). Elsevier, New York.
4. David Linden, Thomas B.Reddy (2002). Handbook of batteries. McGraw-Hill, New York.