Tin KHCN nước ngoài
Kéo dài tuổi thọ của pin liti-ion nhờ công nghệ nano (20/08/2015)
-   +   A-   A+   In  

Hầu hết các khám phá khoa học đều là kết quả của sự thử nghiệm có chủ ý, tuy nhiên có một số ít lại xảy ra một cách tình cờ. Sự may mắn như vậy đã đến với Wang Changan - Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh và Li Ju - Viện Công nghệ Massachusetts. Kết quả có thể cho ra đời loại pin có thời gian sử dụng dài hơn đến bốn lần so với các pin đang được bán trên thị trường.

Các tiến sĩ Wang và Li đều là các nhà khoa học vật liệu, và họ đang nghiên cứu về các hạt nano nhôm. Kim loại này là một chất dẫn điện tốt, nhưng hiệu suất dẫn điện bị giảm do một lớp màng oxit mỏng tạo thành trên bề mặt của hạt khi tiếp xúc với không khí. Đối với các hạt có kích thước lớn, điều đó không quan trọng lắm. Nhưng đối với các hạt nhỏ kích thước nano điều này ảnh hưởng rất nhiều, do đó, hai nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một cách để khử lớp oxit hình thành trên các hạt nano.

 

Phương pháp của họ là ngâm các hạt này trong một hỗn hợp axit sulfuric và titan oxysulphate. Họ đã thay thế oxit nhôm bằng oxit titan có tính dẫn tốt hơn. Tuy nhiên, trong khi làm thí nghiệm các nhà nghiên cứu đã vô tình để sót lại một số hạt trong hỗn hợp axit trong nhiều giờ lâu hơn so với dự định. Kết quả là, mặc dù lớp vỏ đioxit titan vẫn tạo thành trên bề mặt hạt, nhưng do thời gian ngâm kéo dài nên axit đã rò rỉ qua lớp vỏ mới hình thành và làm tan một phần nhôm bên trong. Kết quả thu được các hạt nano gồm một lớp phủ đioxit titan bọc bên ngoài một nhân bằng nhôm đã bị chảy mất một phần. Các nhà nghiên cứu nhận ra rằng kết quả này thực tế lại có giá trị.

 

Các lại pin liti-ion hiện đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và đã góp phần thúc đẩy một cuộc cách mạng hóa các thiết bị điện tử tiêu dùng và xe chạy điện. Tuy vậy chúng có tuổi thọ hữu hạn do sự liên tục co dãn của cực anode làm bằng graphite để thích ứng với sự di chuyển của các ion liti đi vào trong và ra khỏi các điện cực trong mỗi chu kỳ sử dụng. Sự di chuyển của các ion liti tới và lui giữa các cực cathode và cực anode graphit làm tăng kích thước pin lên 10% khi sạc đầy. Không phải là sự co dãn liên tục đó gây ra vấn đề, mà đúng hơn là trong quá trình hoạt động của pin, một lớp vỏ hợp chất liti bị lắng đọng trên bề mặt các điện cực. Nếu điều này không bị xáo trộn, thì có thể sẽ không gây khó khăn, nhưng sự co và giãn liên tục khiến cho lớp vỏ này bong ra, và một lớp vỏ mới sau đó hình thành trên bề mặt điện cực đã bị bong ra đó. Dần dần, quá trình này làm cho pin bị mất một lượng các ion liti cần thiết để có thể hoạt động bình thường và cuối cùng khiến cho nó ngừng hoạt động.

 

Mặc dù nhôm là vật liệu tốt hơn, nhưng các nhà thiết kế pin đã chọn graphite vì nhôm co và dãn thậm chí còn nhiều hơn graphite. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu  Wang và Li cho rằng, các điện cực được chế tạo từ hạt nano trong nghiên cứu của họ hầu như không làm thay đổi kích thước của pin. Sự co và dãn sẽ chỉ xảy ra bên trong lớp vỏ oxit titan. Các hợp chất lithium vẫn hình thành trên lớp vỏ, nhưng vì lớp vỏ vẫn giữ đủ cứng để không bị bong ra. Kết quả thử nghiệm cho thấy điều đó hoàn toàn đúng.

 

Hai nhà nghiên cứu đã chế tạo ra một số pin từ các hạt nano theo thiết kế mới của họ và thử nghiệm liên tục 500 chu trình nạp và xả. Vào thời điểm khi kết thúc giai đoạn đó, loại pin mới vẫn duy trì được công suất cao hơn gấp bốn lần so với loại pin có điện cực graphite với cùng một thời gian sạc. Nếu quy trình chế tạo các hạt nano có thể được công nghiệp hóa, thì thời gian sử dụng của pin liti-ion có thể được kéo dài đáng kể, và điều đó hoàn toàn không phải là một hy vọng xa vời.

Nguồn: vista.gov.vn

Số lượt đọc: 6127

Về trang trước Về đầu trang