HÀN QUỐC – Khả năng lưu trữ của pin nhiều năng lượng hơn và bền hơn là nhu cầu của thị trường. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH – Pohang University of Science and Technology) đã giới thiệu một phương pháp cải tiến nhằm khắc phục sự hạn chế của pin lithium-ion (LIB) thông thường: không ổn định tại bề mặt tiếp xúc giữa điện cực và chất điện phân.
Nhiều thiết bị điện tử thuộc mặt hàng tiêu dùng, như điện thoại thông minh và máy tính xách tay, đều chủ yếu sử dụng pin gốc than chì. Mặc dù than chì có độ ổn định lâu dài, nhưng khả năng cung cấp năng lượng kém. Ngược lại, silicon có thể lưu trữ nhiều ion lithium hơn 10 lần, khiến nó có khả năng trở thành vật liệu anode thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, sự giãn nở và co lại về thể tích của silicon trong quá trình sạc và xả có thể gây ra các khoảng hở cơ học giữa điện cực và chất điện phân, làm giảm hiệu suất pin một cách nhanh chóng.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã khám phá việc thay thế chất điện phân lỏng bằng chất điện phân rắn hoặc bán rắn (QSSE – quasi-solid-state electrolytes), tăng tính an toàn và độ ổn định. Tuy nhiên, chất điện phân QSSE vẫn gặp vấn đề trong việc duy trì tiếp xúc với silicon trong quá trình giãn nở và co lại, dẫn đến sự phân tách và mất hiệu suất theo thời gian.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống điện cực – điện phân liên kết (IEE – interlocking electrode – electrolyte) tạo thành liên kết hóa học cộng hóa trị giữa điện cực và chất điện phân. Không như pin thông thường, nơi các thành phần chỉ chạm vào nhau, hệ thống IEE liên kết hai thành phần thành một cấu trúc về mặt hóa học, như những viên gạch được giữ chặt với nhau bằng xi măng đông cứng, do đó chúng vẫn kết nối chặt chẽ ngay cả khi chịu ứng suất cơ học.
Các thử nghiệm hiệu suất điện hóa cho thấy trong khi pin truyền thống mất dung lượng chỉ sau một vài chu kỳ sạc – xả, thì pin sử dụng thiết kế hệ thống IEE vẫn duy trì được độ ổn định lâu dài. Đáng chú ý nhất là pin túi dựa trên hệ thống IEE đã chứng minh được mật độ năng lượng là 403,7 Wh/kg và 1300 Wh/L, cho thấy mật độ năng lượng với trọng lượng lớn hơn 60% và mật độ năng lượng thể tích gần gấp đôi so với pin LIB thông thường. Về mặt thực tế, điều này có nghĩa là xe điện có thể di chuyển xa hơn và điện thoại thông minh có thể hoạt động lâu hơn khi sử dụng những pin với cùng một kích thước.
Giáo sư Soojin Park, người đồng dẫn đầu cuộc nghiên cứu, đã nói rằng: “Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho các hệ thống lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo, đồng thời cung cấp mật độ năng lượng cao và độ bền lâu dài”.
Để xem các tin bài khác về “Pin”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
