Khoa Học Công Nghệ

Một nhóm các kỹ sư của trường Đại học Northwestern University đã cùng nhau tạo ra một điện cực mới cho pin lithium-ion (loại pin thông dụng được sử dụng hiện nay trên các thiết bị điện tử), cho phép kéo dài thời lượng sử dụng của loại pin này lên gấp 10 lần so với công nghệ hiện tại. Bên cạnh đó, loại pin với công nghệ mới cũng có thể rút ngắn thời gian sạc, nhanh gấp 10 lần so với trước đây.

“Chúng tôi đã tìm ra một cách mới để tăng cường thời lượng pin lithium-ion lên gấp 10 lần” - Harold H.Kung, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết - “Ngay cả sau 150 lần sạc, tương đương với 1 năm hoạt động, loại pin mới này vẫn hiệu quả hơn gấp 5 lần so với loại pin lithium-ion hiện nay trên thị trường”.

Quá trình sử dụng pin lithium-ion là một quá trình phản ứng hóa hoạc, trong đó các ion lithitum được gửi đi giữa 2 cực dương và âm của pin. Khi năng lượng trong pin được sử dụng, các ion lithium di chuyển từ cực dương, thông qua chất điện phân để đến cực âm. Quá trình sạc, các ion này sẽ đi theo chiều ngược lại.

Với công nghệ hiện nay, hiệu suất của pin lithium-ion bị giới hạn trong 2 trường hợp: khả năng lưu trữ năng lượng của pin, bị giới hạn bởi mật độ điện tích, hoặc có bao nhiêu ion lithium được “đóng gói” trong các cực của pin. Bên cạnh đó, vấn đề sạc pin cũng là một hạn chế. Tốc độ sạc pin sẽ bị ảnh hưởng bởi tốc độ các ion lithium có thể di chuyển từ cực âm đến cực dương.

Trong các loại pin hiện nay, cực âm được làm bằng lớp hợp chất carbon, chỉ có thể chứa 6 nguyên tử carbon mới chứa được 1 nguyên tử lithium. Để tăng khả năng lưu trữ năng lượng, các nhà khoa học đã từng thử nghiệm bằng cách thay thế carbon với silicon, có khả năng chứa được nhiều lithium hơn: 4 nguyên tử lithium trên mỗi nguyên tử silicon. Tuy nhiên silicon lại bị “xuống cấp” nhanh chóng trong quá trình sạc, khiến pin bị chai nhanh chóng hơn.

Bây giờ, nhóm nghiên cứu của trường đại học Northwerstern University  đã sử dụng 2 kỹ thuật mới để khắc phục những vấn đề này. Trước tiên, họ sẽ làm ổn định silicon để duy trì khả năng lưu trữ năng lượng tối đa, bằng cách kẹp silicon giữa các tấm graphen (Graphen hay graphene là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử cácbon).  Điều này sẽ cho phép một số lượng lớn hơn các nguyên tử lithium nằm trong các điện cực.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng sử dụng một quá trình phản ứng hóa học để tạo ra các lỗ rất nhỏ (từ 10 đến 20 nanomet) trong các tấm graphen, vì vậy các ion lithium có một lối “đi tắt” vào cực dương và được lưu trữ ở đó bởi các tấm silicon. Điều này sẽ làm giảm thời gian sạc pin lên đến 10 lần.

Các nhà khoa học cho biết nghiên cứu này được tập trung chủ yếu vào việc biến đổi cực dương. Tiếp theo, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu vào biến đổi cực âm, để có thể tăng hơn nữa hiệu suất của pin. 

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tiết lộ vẫn còn phải làm rất nhiều để hoàn thiện công nghệ mới này và phải mất thêm một vài năm nữa mới có thể áp dụng thực tế ra bên ngoài.

Theo NorthWestern University