Nghiên cứu có thể dẫn tới những
mẫu pin sạc nhanh mà không bị quá nhiệt (Ảnh: janaka/Depositphotos)
Pin
lithium-ion đã có sự cải tiến mới tuyệt vời kể từ khi được giới thiệu vào đầu
những năm 1990 nhưng mật độ năng lượng của chúng chỉ được cải thiện khiêm tốn
từ 3 đến 4% mỗi năm, chậm hơn nhiều so với mong muốn của các nhà sản xuất xe
điện và điện tử tiêu dùng. Hơn nữa, những cải tiến này thường đến từ việc tối
ưu hóa các vật liệu đóng gói thay vì bản thân điện cực, theo một chiến lược
chỉ khắc phục được phần nhỏ một nhược điểm cố hữu khác của công nghệ pin:
tốc độ sạc chậm.
Để
cải thiện tốc độ sạc, người ta phải cải thiện tốc độ mà các ion lithium mang
điện di chuyển từ cực dương sang cực âm. Trong quá khứ, các nhà khoa học đã cố
gắng làm điều này bằng cách xây dựng các cấu trúc nano đặc biệt bên trong các
điện cực, thường với mục đích giảm khoảng cách mà các ion lithium phải di
chuyển. Nhưng làm việc với hạt nano lại phức tạp và tốn kém và chúng cũng
tạo ra các phản ứng hóa học không mong muốn làm rút ngắn tuổi thọ của pin.
Trong
bước tiến mới nhất, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã đi một con
đường khác, chọn các hạt lớn hơn với cấu trúc giống như cột cứng hở, cho phép
ion lithium di chuyển tự do và với số lượng lớn, cải thiện tốc độ dòng
chảy rất nhiều lần.
Vật
liệu điện cực mới có thể là một sự thay thế an toàn hơn. Điện cực âm trong hầu
hết các loại pin lithium-ion được làm bằng than chì mà khi sạc ở tốc độ cao
có thể tạo thành sợi nhánh, các sợi lithium hiển vi có thể làm đoản mạch
một cell pin hoặc gây cháy nổ. Điện cực mới không gặp vấn đề đó.
“Trong các ứng dụng tốc độ cao, an toàn là mối quan tâm lớn hơn bất kỳ tình
huống vận hành nào khác. Dạng vật liệu này và những vật liệu có khả năng
giống chúng chắc chắn sẽ đáng xem xét cho các ứng dụng sạc nhanh, nơi bạn cần
một giải pháp thay thế an toàn hơn cho than chì”, tác giả cao cấp của nghiên cứu
Giáo sư Clare Gray cho biết.
Chế
tạo cấu trúc nano cần nhiều bước và chúng có năng suất thấp, đặt ra các vấn
đề về khả năng nâng quy mô. Trái lại, sản xuất niobi vonfram oxit được báo
cáo là đơn giản hơn và không yêu cầu hóa chất bổ sung hoặc dung môi.
Nghiên cứu thêm chắc chắn là cần thiết nhưng phát hiện này có thể mở ra những
hướng nghiên cứu mới để tạo ra pin sạc nhanh an toàn cho ô tô điện và các
ứng dụng lưu trữ lưới điện.
LH
(New Atlas)