Trong quá trình tìm kiếm vật liệu chế tạo các loại pin mới và cải tiến, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Washington đã tạo ra một thiết kế mới đầy triển vọng bằng cách cho lớp đồng mỏng đảm nhiệm vai trò của một trong số các điện cực trong pin. Vì thế, kích thước của pin nhỏ hơn nhiều và chi phí sản xuất cũng thấp hơn nhưng không ảnh hưởng đến hiệu suất pin.

Pin lithium-ion thông dụng có hai điện cực, được gọi là cực âm và cực dương, truyền các ion trong dung dịch điện phân sang nhau khi thiết bị sạc và xả sạc. Trước đây, các nhà khoa học đã khám phá cách kim loại natri thay thế lithium và cả cách những thiết kế này hoạt động mà không cần thành phần cực dương. Tuy nhiên, theo Peng Bai, trưởng nhóm nghiên cứu, chưa ai chứng minh được loại pin không có cực dương đạt tuổi thọ hợp lý. Pin thường hỏng rất nhanh hoặc công suất rất thấp hoặc cần xử lý đặc biệt bộ thu dòng điện. Nhóm nghiên cứu đã đưa ra giải pháp khắc phục những hạn chế này bằng cách loại bỏ cực dương và thay vào đó là một lớp lá đồng mỏng. Bộ phận này nằm ở phía cực dương của bộ thu dòng điện làm nhiệm vụ thu các điện tử tự do khi pin được xả sạc và chuyển chúng vào thiết bị đang được cấp nguồn.

Khi pin thí nghiệm được sạc, thay vì các ion đi từ cực âm qua vật liệu phân tách đến cực dương, chúng tự bám vào lá đồng và biến đổi thành kim loại mịn, sáng bóng. Sau đó, khi pin được xả sạc, vật liệu tan ra và các ion quay trở lại cực âm. Các nhà khoa học có thể quan sát hoạt động của pin trong thời gian thực thông qua một tế bào mao dẫn trong suốt, được chế tạo có chủ đích, cho phép phát hiện những bất ổn và sự hình thành của các cấu trúc giống hình cây gây chết người được gọi là đuôi gai, khiến pin bị chập và hỏng. Qua đó, nhóm nghiên cứu tiến hành điều chỉnh như giảm hàm lượng nước trong chất điện phân để hạn chế các phản ứng xảy ra với kim loại kiềm natri, thường dẫn đến tạo thành các đuôi gai. Sau khi làm phẳng các đuôi gai trong tế bào mao dẫn trong suốt, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra một phiên bản phù hợp của pin natri không có cực dương. Dù chi phí chế tạo thấp hơn do sử dụng natri và kích thước nhỏ hơn do loại bỏ cực dương, nhưng loại pin mới đạt hiệu suất tương tự như pin lithium-ion thông thường.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com/energy/cheap-compact-sodium-battery-anode-free/, 5/2021