Một khám phá gần đây có thể mở đường cho loại pin lithium-kim loại (lithium-metal) mạnh hơn, an toàn hơn. Những loại pin này có công suất năng lượng gấp đôi so với pin lithium-ion phổ biến hơn được tìm thấy trong điện thoại thông minh và xe điện hiện nay.
Pin lithium-kim loại, tiền thân của pin lithium-ion, chưa được sử dụng rộng rãi do nguy cơ cháy cao hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ Viện Hệ thống nano California thuộc Đại học California, Los Angeles (UCLA) tin rằng họ có thể tránh được mối nguy hiểm này, theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature..
Pin lithium là gì?
Pin Lithium được chia thành hai loại: pin lithium-kim loại và pin lithium-ion. Pin lithium-ion không chứa lithium kim loại.
“Pin lithium kim loại” là loại pin sử dụng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu điện cực âm và sử dụng dung dịch điện giải không dính.
Pin lithium-ion thông thường lưu trữ các nguyên tử lithium tích điện bên trong điện cực được phủ carbon. Trong khi đó, pin lithium-kim loại sử dụng điện cực được phủ kim loại lithium, có thể lưu trữ lượng lithium nhiều hơn 10 lần, dẫn đến hiệu suất tốt hơn nhưng cũng làm tăng rủi ro.
Quá trình áp dụng lớp phủ kim loại lithium này vào pin thường dẫn đến sự hình thành các sợi cực nhỏ với các gai nhô ra. Những gai này có thể gây đoản mạch nguy hiểm nếu chúng bị chập mạch bên trong pin.
Nghiên cứu mới về pin lithium kim loại
Nhóm nghiên cứu của Đại học UCLA đã thực hiện một quan sát đáng kinh ngạc: khi ngăn chặn sự ăn mòn điển hình trong quá trình sử dụng kim loại lithium, lithium sẽ tạo thành một hình dạng 12 mặt cụ thể được gọi là khối mười hai mặt hình thoi, tương tự như xúc xắc được sử dụng trong các trò chơi như Dungeons và Dragons.
Yuzhang Li, đồng tác giả của nghiên cứu, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại Trường kỹ thuật Samueli thuộc Đại học UCLA và là thành viên của CNSI, cho biết trong một thông cáo báo chí của trường đại học: “Có hàng nghìn bài báo về kim loại lithium và hầu hết các mô tả về cấu trúc đều mang tính chất định tính, chẳng hạn như 'dạng khối' hoặc 'giống như cột'".
“Thật ngạc nhiên khi chúng tôi phát hiện rằng khi ngăn chặn sự ăn mòn bề mặt, thay vì những hình dạng không xác định này, chúng tôi thấy một khối đa diện đơn lẻ phù hợp với các dự đoán lý thuyết dựa trên cấu trúc tinh thể của kim loại. Cuối cùng, nghiên cứu này cho phép chúng tôi xem lại cách chúng tôi hiểu về pin kim loại lithium.”
Bằng cách thiết lập mô hình tích lũy lithium có trật tự này, nguy cơ chập mạch và các vụ nổ tiềm ẩn có thể giảm xuống, mang lại giải pháp thay thế an toàn hơn cho thiết kế pin lithium-kim loại hiện có. Các nhà nghiên cứu của UCLA hiện đang xem xét ý nghĩa của những phát hiện của họ đối với các công nghệ pin trong tương lai.
Li cho biết: “Các nhà khoa học và kỹ sư đã thực hiện nghiên cứu trong hơn hai thập kỷ qua về việc tổng hợp các kim loại bao gồm vàng, bạch kim và bạc thành các hình dạng như khối nano, hình cầu nano và thanh nano”. “Bây giờ chúng ta đã biết hình dạng của lithium, câu hỏi đặt ra là: Chúng ta có thể điều chỉnh nó để nó tạo thành các khối với mật độ dày đặc để tăng cả độ an toàn và hiệu suất của pin không?”
Để đạt được kết quả của mình, các nhà khoa học của UCLA đã phát triển một phương pháp độc đáo để bảo quản lithium nhanh hơn tốc độ ăn mòn thông thường xảy ra. Điều này đạt được bằng cách sử dụng một điện cực nhỏ hơn để đẩy dòng điện ra ngoài nhanh hơn.
Họ có thể quan sát hình dạng của lithium bằng kính hiển vi điện tử cryo (cryo-EM), một phương pháp ghi lại hình ảnh chi tiết ở cấp độ nguyên tử, bằng cách truyền các electron qua các mẫu đông lạnh. Bước đột phá này có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong ngành công nghiệp pin lithium, hứa hẹn những loại pin an toàn hơn và hiệu quả hơn trong tương lai gần.
Theo Study Finds/ritech
