Nghiên cứu xác định các yếu tố để thiết kế pin tốt hơn
của Edan Schultz, Đại học bang Florida
Chất điện phân dạng gel làm từ lithium clorua và gali florua hứa hẹn cải thiện pin. Nguồn: Viện Công nghệ Tiên tiến Samsung
Bạn có thể đã từng trải qua nỗi sợ hãi khi một chiếc điện thoại đột ngột ngừng hoạt động và tốc độ sạc lại cực kỳ chậm. Thêm vào đó là tai nghe hoặc máy tính xách tay sẽ chết vào thời điểm bất tiện nhất. Và có lẽ bạn đã trì hoãn việc mua một chiếc ô tô điện vì phạm vi hành trình hạn chế (hoặc giá cao). Những sự cố pin và sập nguồn này là do những thiếu sót trong pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho công nghệ ngày nay.
Nhưng nghiên cứu gần đây tại Phòng thí nghiệm từ trường quốc gia có trụ sở tại Đại học bang Florida đang thúc đẩy nghiên cứu về một loại pin mới tốt hơn. Các phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Science Advances.
Các nhà khoa học đang tìm cách chuyển đổi từ pin lithium-ion dựa trên chất điện phân lỏng đã cung cấp năng lượng cho các thiết bị của chúng ta trong 30 năm qua sang hệ thống thể rắn có khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ điện tử tiếp theo. Pin thể rắn an toàn hơn, giảm nguy cơ cháy khi pin bị hỏng, đoản mạch hoặc quá nóng. Và pin thể rắn cũng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn và tuổi thọ pin dài hơn.
"Ngay bây giờ, có thể bạn nhận thấy với iPhone hoặc máy tính bảng của mình, chúng có một khoảng thời gian nhất định trước khi pin cạn kiệt hoặc trước khi bạn phải thay pin mới. Lý tưởng nhất là đối với pin ở trạng thái rắn, chúng có thể tồn tại lâu hơn", nghiên cứu sinh tiến sĩ Erica Trương của FSU cho biết.
Tuy nhiên, một nhược điểm lớn đã khiến pin thể rắn không được sử dụng rộng rãi. Chúng đắt tiền để sản xuất và khó sản xuất với số lượng lớn.
Trường thuộc nhóm nghiên cứu của giáo sư hóa học và hóa sinh Yan-Yan Hu tại Đại học bang Florida, đang làm việc để phát triển hệ thống pin thể rắn nhằm cải thiện hiệu suất và có khả năng thương mại hóa.
Trường cho biết: “Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét một thiết kế chất điện phân rắn mới có thể được áp dụng rộng rãi cho các hệ thống khác để giúp cải thiện hiệu suất của chúng”.
Chất điện phân đóng vai trò là thành phần quan trọng trong pin, đóng vai trò là chất phân tách giữa cực âm (hoặc cực âm) và cực dương (hoặc cực dương). Chúng tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển của các ion giữa các điện cực, cho phép pin sạc khi được kết nối với nguồn điện hoặc cung cấp điện khi được kết nối với một thiết bị như điện thoại.
Nhóm FSU đã phân tích cấu trúc và tính chất của chất điện phân đầy triển vọng được làm từ lithium clorua và gali florua. Họ đã phát hiện ra một chiến lược có thể thúc đẩy hiệu quả việc vận chuyển ion trong chất điện phân rắn.
Bằng cách sử dụng hệ thống Cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn của MagLab, các nhà nghiên cứu đã xem xét chi tiết các đặc điểm cấu trúc của chất điện phân dạng gel góp phần vận chuyển ion. Cuộc điều tra cho thấy clo và flo kết hợp thành một thứ gọi là cụm điện tích, giải phóng các ion lithium.
Điều này có nghĩa là sạc nhanh và tuổi thọ pin dài hơn.
“Hiện tượng tích tụ điện giúp làm suy yếu liên kết giữa lithium với các thành phần khác, nhờ đó lithium có thể chuyển động nhanh hơn, di chuyển hiệu quả hơn qua chất điện phân”, Trường cho biết. “Điều thú vị về vật liệu này là nó không hoàn toàn ở dạng rắn mà giống đất sét hơn”.
