Công nghệ graphene có thể mở rộng quy mô có thể cải thiện đáng kể tính an toàn và hiệu suất của pin
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Swansea, hợp tác với Đại học Công nghệ Vũ Hán, Đại học Thâm Quyến, đã phát triển một kỹ thuật tiên phong để sản xuất các bộ thu dòng graphene quy mô lớn. Nguồn: Đại học Swansea
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Swansea, hợp tác với Đại học Công nghệ Vũ Hán, Đại học Thâm Quyến, đã phát triển một kỹ thuật tiên phong để sản xuất các bộ thu dòng graphene quy mô lớn.
Bước đột phá này hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể tính an toàn và hiệu suất của pin lithium-ion (LIB), giải quyết một thách thức quan trọng trong công nghệ lưu trữ năng lượng.
Được công bố trên tạp chí Nature Chemical Engineering, nghiên cứu này trình bày chi tiết về giao thức thành công đầu tiên để chế tạo các lá graphene không có khuyết tật ở quy mô thương mại. Các lá này có độ dẫn nhiệt cực cao—lên tới 1.400,8 W m–1 K–1—cao hơn gần mười lần so với các bộ thu dòng đồng và nhôm thông thường được sử dụng trong LIB.
"Đây là bước tiến đáng kể cho công nghệ pin", Tiến sĩ Rui Tan, đồng tác giả chính từ Đại học Swansea cho biết. "Phương pháp của chúng tôi cho phép sản xuất các bộ thu dòng điện graphene ở quy mô và chất lượng có thể dễ dàng tích hợp vào sản xuất pin thương mại. Điều này không chỉ cải thiện độ an toàn của pin bằng cách quản lý nhiệt hiệu quả mà còn tăng cường mật độ năng lượng và tuổi thọ".
Một trong những mối quan tâm cấp bách nhất trong quá trình phát triển pin LIB năng lượng cao, đặc biệt là loại được sử dụng trong xe điện, là hiện tượng mất kiểm soát nhiệt - một tình huống nguy hiểm khi nhiệt độ quá cao dẫn đến hỏng pin, thường dẫn đến hỏa hoạn hoặc nổ. Các bộ thu dòng điện graphene này được thiết kế để giảm thiểu rủi ro này bằng cách tản nhiệt hiệu quả và ngăn chặn các phản ứng tỏa nhiệt dẫn đến mất kiểm soát nhiệt.
"Cấu trúc graphene dày đặc, thẳng hàng của chúng tôi tạo ra một rào cản mạnh mẽ chống lại sự hình thành khí dễ cháy và ngăn oxy thấm vào các ô pin, điều này rất quan trọng để tránh các sự cố thảm khốc", Tiến sĩ Jinlong Yang, đồng tác giả chính từ Đại học Thâm Quyến giải thích.
Quy trình mới được phát triển không chỉ là thành công trong phòng thí nghiệm mà còn là giải pháp có thể mở rộng quy mô, có khả năng sản xuất các lá graphene có chiều dài từ mét đến kilômét. Trong một cuộc trình diễn đáng kể về tiềm năng của mình, các nhà nghiên cứu đã sản xuất một lá graphene dài 200 mét với độ dày 17 micromet. Lá này vẫn giữ được độ dẫn điện cao ngay cả sau khi bị uốn cong hơn 100.000 lần, khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong các thiết bị điện tử linh hoạt và các ứng dụng tiên tiến khác.
Phương pháp tiếp cận mới này cũng cho phép sản xuất các lá graphene có độ dày tùy chỉnh, có thể dẫn đến các loại pin hiệu quả và an toàn hơn.
Sự đổi mới này có thể có ý nghĩa sâu rộng đối với tương lai của việc lưu trữ năng lượng, đặc biệt là trong các loại xe điện và hệ thống năng lượng tái tạo, nơi mà sự an toàn và hiệu quả là tối quan trọng.
Nhóm nghiên cứu hợp tác quốc tế này do Giáo sư Liqiang Mai và Giáo sư Daping He từ Đại học Công nghệ Vũ Hán, Tiến sĩ Jinlong Yang từ Đại học Thâm Quyến và Tiến sĩ Rui Tan từ Đại học Swansea đứng đầu đang tiếp tục cải tiến quy trình của họ, với những nỗ lực không ngừng nhằm giảm độ dày của lá graphene và tăng cường hơn nữa các tính chất cơ học của chúng, đồng thời khám phá vật liệu mới này ngoài pin Li-ion, chẳng hạn như pin dòng oxy hóa khử và pin ion natri với sự hỗ trợ từ nhóm của Giáo sư Serena Margodonna tại Đại học Swansea.
