Các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan, Mỹ vừa đạt được một thành tựu rất lớn về công nghệ pin, khi phát triển một loại pin lithium metal mới, với dung lượng gấp đôi so với pin lithium ion (LIB) đang sử dụng hiện nay, tuyệt đối an toàn với người dùng, và tuổi thọ rất cao.

Triển vọng ứng dụng rộng rãi

Thành tựu này có thể sẽ tạo ra những loại pin sạc lại thế hệ mới để ứng dụng vào các loại xe điện và các thiết bị điện tử trong tương lai. Đồng thời góp phần bảo vệ môi trường khi hạn chế thải ra các loại pin “chai”, và xe điện sẽ có triển vọng được sử dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

Bất cứ ai có quan tâm đến hóa học đều biết rằng pin lithium-ion, thường gọi là LIB, là một loại pin có thể sạc lại. Trong loại pin này, các ion lithium chạy từ các điện cực dương tới điện cực âm và ngược lại trong khi sạc và khi dùng. Những viên pin này rất phổ biến trong các thiết bị điện tử gia đình, đặc biệt là các thiết bị điện tử di động, do tính năng tự phóng điện thấp, mật độ năng lượng cao, và hiệu ứng bộ nhớ rất nhỏ.

Sử dụng các chất điện phân thể rắn để tăng độ bền cho pin đồng thời tạo ra tính năng chống bắt lửa.

Thông tin được các nhà nghiên cứu đưa ra cho thấy họ đã phát triển một loại pin lithium metal mới, với cơ chế hoạt động giống như loại pin LIB hiện nay, nhưng sử dụng chất điện phân dạng rắn, như thế sẽ không gây ra hiện tượng đoản mạch hoặc các ảnh hưởng xấu khác.

Pin LIB được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1991, và đã thể hiện sự ổn định đáng kinh ngạc. Hiện nay, LIB được sử dụng trong tất cả các thiết bị điện tử như là các thiết bị điện tử cá nhân, laptop, iPod và điện thoại di động. LIB được ứng dụng một cách rộng rãi trên nhiều thiết bị bởi đây là một trong những loại pin mạnh nhất và có thể sạc lại. Tuy nhiên, loại pin này có xu hướng dễ bắt lửa và gây cháy nổ.

Mặc dù, hiện tượng phát nổ ở pin LIB không phải là phổ biến, nhưng khi phát nổ sẽ tạo ra công suất lớn và dễ gây hậu quả nghiêm trọng. Đây là vấn đề cơ bản mà các nhà nghiên cứu đang muốn tìm ra giải pháp đối phó hiệu quả, đó là tìm ra một loại pin mới vừa đảm bảo tăng được dung lượng đồng thời không gây ra các thảm họa cháy nổ khi sử dụng.

Bước ngoặt về nghiên cứu

“Đây là một thành tựu mang tính bước ngoặt – một sự thay đổi cơ bản trong cơ chế hoạt động của pin. Những gì chúng tôi đang đạt được là một phương pháp hoàn toàn khác – làm ổn định vật lý bề mặt pin lithium metal bằng gốm, chất không bắt lửa. Chúng tôi đã nung nóng gốm ở nhiệt độ 1.800 độ F (khoảng 982 độ C) trong không khí. Và do không có chất lỏng, là chất dẫn gây cháy nổ như chúng ta đã thấy, nên loại pin lithium metal này rất an toàn”, ông Jeff Sakamoto, kỹ sư trưởng tại Đại học Michigan, cho biết.

Với phương pháp độc đáo này, các nhà khoa học cũng góp phần tăng tốc độ sạc nhanh cho pin, tiết kiệm nhiều thời gian cho người dùng. Họ đã chứng minh được rằng loại pin dạng rắn có thể sạc đầy trong vòng chưa đến 3 giờ, so với mức từ 20 đến 50 giờ để sạc đầy pin một viên pin (ắc quy) ô tô lithium metal thông thường.

Đồng thời, với phương pháp này, tuổi thọ pin cũng không bị giảm xuống khi sạc và xả pin (sử dụng) nhiều lần. Sau khi tiến hành thử nghiệm loại pin này trong 22 ngày, các nhà khoa không thấy có dấu hiệu pin bị thoái hóa hay chai pin.

“Viên pin chúng tôi thử nghiệm không hề có sự thay đổi nào. Chúng tôi không hề thấy có sự chai pin. Hiện chúng tôi cũng chưa biết chất điện phân dạng rắn nào khác có thể hoạt động hiệu quả và ổn định trong một thời gian dài”, ông Nathan Taylor, một nghiên cứu sinh về kỹ thuật hóa học cho hay.

Phước Anh (Theo Interestingengineering)