Pin lithium công nghệ mới sạc cực nhanh, giảm nguy cơ cháy nổ

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas A & M đã phát minh ra một công nghệ mới có thể ngăn chặn pin lithium không bị nóng và hỏng.

Mặc dù có thể cung cấp nguồn năng lượng điện lâu dài cho các thiết bị hoạt động, nhưng pin lithium có thể bị đoản mạch bên trong, làm nóng toàn bộ thiết bị, đôi khi có thể bốc cháy.

Tuy nhiên nghiên cứu mới đây của Đại học Texas A & M, đã phát minh ra một công nghệ mới có thể ngăn chặn pin lithium không bị nóng và hỏng.

Đó là thiết kế ống nano carbon mới tích hợp cho tấm dẫn điện của pin, được gọi là cực dương, cho phép lưu trữ an toàn một lượng lớn các ion lithium, do đó giảm nguy cơ hỏa hoạn. Hơn nữa, họ nói rằng, kiến trúc cực dương mới này sẽ giúp pin lithium sạc nhanh hơn so với pin hiện hành.

Pin điện thoại thường nóng lên và đôi khi có thể bốc cháy. Trong hầu hết các trường hợp, thủ phạm đằng sau những sự cố như vậy có thể bắt nguồn từ pin lithium.
Trong hầu hết các trường hợp, thủ phạm đằng sau những sự cố cháy nổ như vậy có thể bắt nguồn từ pin lithium. Ảnh: @Komando.

“Chúng tôi đã thiết kế cấu trúc cực dương thế hệ tiếp theo cho pin lithium, mang lại hiệu quả cao trong việc tạo ra dòng điện lớn và cực bền vững khi sạc nhanh các thiết bị”, Juran Noh, một sinh viên tốt nghiệp ngành khoa học vật liệu tại phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Choongho Yu tại Khoa Cơ khí J. Mike Walker ’66 Department of Mechanical Engineering chia sẻ.

“Ngoài ra, kiến trúc mới này ngăn không cho lithium tích tụ bên ngoài cực dương, bởi điều này theo thời gian có thể gây ra sự tiếp xúc ngoài ý muốn giữa hai ngăn của pin, một trong những nguyên nhân chính gây ra vụ nổ thiết bị”, Tiến sĩ chia sẻ thêm.

Khi sử dụng pin lithium, các hạt tích điện sẽ di chuyển giữa hai ngăn của pin. Các electron được cung cấp bởi các nguyên tử lithium di chuyển từ một bên của pin sang bên kia. Mặt khác, các ion lithium đi theo hướng khác. Khi sạc pin, các ion lithium và electron quay trở lại các ngăn ban đầu của chúng.

Do đó, tính chất của cực dương, hoặc chất dẫn điện chứa các ion lithium trong pin đóng vai trò quyết định trong các tính chất của pin.

Một vật liệu cực dương thường được sử dụng là than chì. Trong các cực dương này, các ion lithium được chèn vào giữa các lớp than chì. Tuy nhiên, Noh cho biết, thiết kế này lại giới hạn số lượng các ion lithium có thể được lưu trữ trong cực dương, và thậm chí cần nhiều năng lượng hơn để kéo các ion ra khỏi than chì trong quá trình sạc.

Những pin này cũng có một vấn đề nghiêm trọng hơn đó là đôi khi các ion lithium không lắng đọng đều trên cực dương. Thay vào đó, chúng tích tụ trên bề mặt cực dương thành từng khối, tạo thành các cấu trúc giống đuôi gai.

Theo thời gian, các sợi nhánh phát triển và cuối cùng xuyên qua vật liệu ngăn cách hai ngăn của pin. Tình trạng này lâu dài sẽ khiến pin bị đoản mạch và có thể khiến thiết bị công nghệ bốc cháy. Việc phát triển các đuôi gai trên cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của pin, bằng cách tiêu thụ các ion lithium, khiến chúng khó khăn hơn để tạo ra dòng điện.

Noh cho biết, một thiết kế cấu trúc cực dương bền bỉ hơn nếu được làm từ kim loại lithium nguyên chất thay vì than chì. So với cực dương bằng than chì, thì cực dương có kim loại lithium chứa hàm lượng năng lượng cao hơn trên mỗi đơn vị khối lượng hoặc mật độ năng lượng. Nhưng chúng cũng có thể thất bại theo cách thảm khốc tương tự do sự hình thành của các “đuôi gai” kể trên.

Để giải quyết vấn đề này, Noh và đồng đội đã thiết kế cực dương bằng vật liệu nhẹ, dẫn điện cao gọi là ống nano carbon. Những giàn giáo ống nano carbon này chứa không gian hoặc lỗ chân lông để các ion lithium xâm nhập và lắng đọng. Tuy nhiên, các cấu trúc này không liên kết với các ion lithium có lợi cho pin.

Do đó, họ đã tạo ra hai cực dương bằng ống nano carbon khác với bề mặt hóa học khác nhau, một nhóm chứa bề mặt có rất nhiều nhóm phân tử tối ưu có thể liên kết với các ion lithium, và một nhóm khác có cùng một nhóm phân tử nhưng với số lượng nhỏ hơn. Với các cực dương này, họ đã chế tạo pin để kiểm tra xu hướng hình thành các đuôi gai trên như thế nào.

Pin điện thoại thường nóng lên và đôi khi có thể bốc cháy. Trong hầu hết các trường hợp, thủ phạm đằng sau những sự cố như vậy có thể bắt nguồn từ pin lithium.
Một sơ đồ hiển thị pin lithium với kiến trúc cực dương gồm ống nano carbon mới. Ảnh: @Juran Noh / Texas A & M University College of Engineering.

Đúng như dự đoán, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, giàn giáo ống nano carbon có bề mặt chứa rất nhiều nhóm phân tử tối ưu có thể liên kết với các ion lithium hầu như ngăn cản được sự hình thành đuôi gai. Ngoài ra, một lượng lớn các ion lithium có thể liên kết và lan truyền dọc theo bề mặt của giàn giáo, do đó giúp tăng khả năng tạo ra dòng điện lớn, bền vững hơn cho pin..

Mặt khác, nhóm dàn giáo đối chứng còn lại thì đã hình thành nhiều đuôi gai, rút ngắn tuổi thọ của pin.

“Khi các nhóm phân tử liên kết dồi dào, các cụm kim loại lithium được tạo ra từ các ion lithium cuối cùng chỉ làm tắc nghẽn lỗ chân lông trên giàn giáo carbon,” Noh nói. “Nhưng khi chúng tôi có đủ lượng phân tử liên kết này, chúng tôi có thể” giải nén giàn giáo ống nano carbon ở một số nơi nhất định, cho phép các ion lithium đi qua và liên kết với toàn bộ bề mặt của giàn giáo, thay vì tích tụ ở bên ngoài bề mặt của cực dương và hình thành đuôi gai”.

Theo các chuyên gia, công nghệ cực dương mới này có thể được tích hợp vào các pin sử dụng trong ô tô điện cần sạc nhanh.

“Xây dựng cực dương bằng kim loại lithium an toàn và có tuổi thọ dài là một thách thức khoa học trong nhiều thập kỷ,” Noh nói. “Loại cực dương mà chúng tôi đã phát triển đã vượt qua những rào cản này, và là bước khởi đầu quan trọng đối với các ứng dụng thương mại từ pin kim loại lithium”.

Công trình này với tiêu đề “Hiểu biết về việc chèn lithium vào giàn giáo ống Carbon xốp 3D với các bề mặt Litvaophobic và Litvaophilic trong nghiên cứu In-Operando” được tiến hành thực hiện từ ngày 31/3, do Hiệp Hội Hóa học Mỹ giữ bản quyền, vừa được công bố trên tạp chí Nano Letters, Mỹ vào ngày 15/7.

Theo Techxplore

Có thể bạn quan tâm
Sạc nhanh Oppo 125W đạt 41% viên pin 4.000mAh trong 5 phút

Oppo vừa ra mắt các giải pháp sạc nhanh mới, bao gồm công nghệ sạc có dây và không dây, cùng sản phẩm sạc nhanh siêu nhỏ.

Facebook ‘tiếp tay’ cho sách giả, tiền giả?

Chỉ cần tìm kiếm trên Facebook với từ khóa “sách” và “đổi tiền”, Facebook sẽ gợi ý người dùng đến những trang (page) hay tài khoản bán sách giả, đổi tiền giả được quảng cáo công khai với những lời chào mời hấp dẫn.

Apple mất cho Samsung 1 tỷ USD, nhưng thoát án phạt 15 tỷ USD của EU

Apple chịu một khoản phạt 1 tỷ USD cho Samsung vì bán được quá ít iPhone, nhưng tránh được việc truy thu khoản tiền thuế lên tới 13 tỷ euro (15 tỷ USD) của Liên minh châu Âu.

TikTok bị Hàn Quốc phạt 155.000 USD lạm dụng dữ liệu trẻ vị thành niên

Ủy ban Truyền thông Hàn Quốc (KCC) phạt TikTok 186 triệu won (gần 155.000 USD) do hành vi thu thập và chuyển dữ liệu bất hợp pháp đối với trẻ vị thành niên.

Bệnh nhân Covid-19 có lượng đường trong máu cao tăng nguy cơ biến chứng, tử vong

Dịch bệnh COVID-19 có thể khiến tình trạng diễn biến nặng hơn ở những bệnh nhân mắc các tình trạng sức khỏe tiềm ẩn, chẳng hạn như tiểu đường, tăng huyết áp, bệnh phổi nặng, bệnh tim, cũng như có hệ thống miễn dịch yếu…

Anh chính thức “cấm cửa” Huawei

Sẽ không một công ty viễn thông nào được phép mua linh kiện của Huawei nữa, và toàn bộ những thứ gì liên quan đến công ty Trung Quốc sẽ bị xoá sổ trước năm 2027.

Canon chính thức mang bộ đôi EOS R5 và R6 về Việt Nam, giá gần 120 triệu đồng

Hai model mới thuộc dòng máy ảnh không gương lật full-frame EOS R5 và EOS R6 đều được Canon trang bị hệ thống lấy nét CMOS AF II, tốc độ chụp liên tục lên đến 20 fps, tích hợp bộ ổn định ảnh IS và đều có hai khe thẻ nhớ SD.

Báo cáo doanh thu nửa đầu năm 2020 của Huawei vẫn tăng dù chịu nhiều sức ép

Bất chấp khó khăn đến từ đại dịch Covid-19 và lệnh cấm nghiêm ngặt của Mỹ, theo báo cáo kết quả kinh doanh nửa đầu năm 2020 vừa công bố, Huawei đã đạt doanh thu 454 tỷ CNY (tương đương khoảng 64,235 tỷ USD), tăng trưởng 13,1% so với cùng kỳ năm trước, với tỷ suất lợi nhuận ròng là 9,2%.

Cảnh báo: Phát ban da có thể là triệu chứng mới của Covid-19

Các nhà khoa học tại King College London và Zoe Global Ltd đã thực hiện một công trình nghiên cứu cho thấy, phát ban trên da có thể là biểu hiện triệu chứng mới ở bệnh nhân Covid-19.

Chế độ ăn giàu thực vật trì hoãn lão hóa sớm, giúp bạn sống lâu hơn

Áp dụng chế độ ăn kiêng giàu thực vật có thể trì hoãn quá trình lão hóa sớm, giúp giảm bớt gánh nặng bệnh tật toàn cầu, theo một công bố mới từ Đại học Nghiên cứu Chế độ Dinh dưỡng Hoa Kỳ.