Pin lithium sạc nhanh và an toàn

Các nhà khoa học đã tạo bước đột phá trong chế tạo pin lithium hiện đại, cho phép sạc pin nhanh và ít bị hỏng.

Việc thận trọng đưa vật liệu mới vào thiết kế của pin lithium-ion hiện nay có tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu suất pin và các nhà khoa học đã phát hiện ra tiềm năng triển vọng của ống nano cacbon. Bằng cách kết hợp các vật liệu này vào điện cực của pin kim loại lithium, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản không chỉ an toàn mà còn có khả năng sạc chỉ mất một phần nhỏ thời gian so với các thiết bị thông thường.

Nghiên cứu được thực hiện tại trường kỹ thuật thuộc Đại học Texas A & M, tập trung vào cấu ​​trúc pin có tiềm năng lớn. Khi pin lithium-ion truyền thống sạc và xả sạc, các ion lithium di chuyển qua lại giữa cực âm và cực dương làm từ hỗn hợp than chì và đồng. Các nhà khoa học đã sử dụng kim loại lithium nguyên chất để thay thế, cung cấp mật độ năng lượng rất cao, làm cho pin sạc nhanh và tạo ra mức dung lượng cao gấp 10 lần.

Tuy nhiên, cấu trúc dendrit giống cây tích tụ trên bề mặt cực dương khi các ion lithium không được phân bố đồng đều và khi chúng phát triển, có thể đâm thủng các thành phần chính của pin và khiến pin bị đoản mạch và bắt lửa. Nếu sự cố đó không xảy ra, pin sẽ nhanh chóng bị hết điện.

Vì vậy, rất nhiều nghiên cứu đã tập trung hạn chế của sự hình thành của dendrit và nhóm nghiên cứu tin rằng đã tìm ra giải pháp sử dụng các ống nano cacbon siêu nhẹ và dẫn điện tốt. Các gương thiết kế của loại pin thử nghiệm khác mà nhóm nghiên cứu đã xem xét vào năm 2018, sử dụng màng ống nano cacbon mỏng để cản trở một cách hiệu quả sự phát triển của các dendrit trước khi chúng định hình theo cách phù hợp, nhưng các nhà khoa học trong nghiên cứu này lại áp dụng cách tiếp cận hơi khác.

Đối với cực dương, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các ống nano cacbon để chế tạo khung xốp 3 chiều có kết hợp các phân tử khiến các ion lithium liên kết với bề mặt của nó. Thông qua một vài thử nghiệm, kết quả là cực dương đã tránh được sự tích tụ của các dentrit trên bề mặt của nó.

Tác động khác của sự phân bố đồng đều và an toàn của các ion lithium là khả năng pin tạo ra dòng điện lớn hơn. Theo các tác giả nghiên cứu, cực dương có thể xử lý dòng điện cao gấp 5 lần so với pin thông thường. Điều này khiến cho pin không chỉ an toàn và có mật độ năng lượng cao hơn mà còn có thể được sạc trong thời gian rất ngắn.

“Chế tạo cực dương kim loại lithium an toàn và có tuổi thọ dài là một thách thức khoa học trong nhiều thập kỷ”, ông No Noh, đồng tác giả nghiên cứu nói. “Các cực dương mà chúng tôi chế tạo, đã khắc phục được những hạn chế này và là bước khởi đầu quan trọng đối với các ứng dụng thương mại của pin kim loại lithium”.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nano Letters.

N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com/energy/fast-charging-lithium-battery-five-times-current-safe/, 7/2020