--Quảng cáo---
--Quảng cáo---

Đột phá trong sử dụng silicon chế tạo pin

THÁI BẰNG - 15:48 06/05/2020

(khoahocdoisong.vn) - Nhằm cải tiến hiệu suất của pin điện, các nhà khoa học đang nghiên cứu cách ứng dụng yếu tố cốt lõi của cuộc cách mạng kỹ thuật số: Silicon.

Giải quyết những nhược điểm trong silicon

Một nhóm nghiên cứuđưa ra một phương pháp mới, có thể sử dụng được thành phần lưu trữ năng lượng đầy hứa hẹn nhưng cũng có nhiều khó khăn thách thức này.

Silicon, chất bán dẫn được sử dụng trong chip máy tính và nhiều sản phẩm công nghệ điện tử khác, rất hấp dẫn bởi vật chất này có thể giữ điện tích gấp 10 lần trong mỗi gram so với than chì. Trở ngại then chốt là, silicon giãn nở rất nhiều khi tiếp xúc với lithium và quá yếu để có thể chịu được áp lực trong quá trình sản xuất các điện cực.

Để giải quyết những trở ngại này, nhóm các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương thuộc Bộ Năng lượng Mỹ  do Ji-Guang (Jason) Zhang và Xiaolin Li dẫn đầu phát triển một cấu trúc nanô độc đáo, hạn chế sự giãn nở của silicon và tăng cường độ chịu lực nén bằng carbon.

Than chì là một dạng cấu trúc phân tử của carbon, dẫn điện và có hình dạng ổn định với áp lực, rất phù hợp để đóng gói các ion lithium vào cực dương của pin khi sạc. Silicon có thể hấp thụ nhiều lithium hơn than chì, nhưng lại có có xu hướng giãn nở đến 300 phần trăm thể tích, khiến cực dương bị nứt vỡ.

Các nhà nghiên cứu phát triển một loại vật liệu silicon có cấu trúc dạng xốp, tích hợp các hạt silicon nhỏ vào một quả cầu rỗng siêu nhỏ, có đường kính khoảng 8 micromet - gần bằng kích thước của một tế bào hồng cầu.

"Một vật liệu cứng rắn như đá, sẽ vỡ nếu nếu mở rộng quá nhiều về thể tích", Zhang nói. "Chúng tôi tạo ra loại vật chất giống như bọt biển, có không gian bên trong rỗng để hấp thụ sự giãn nở."

Những nghiên cứu thực tế cho thấy, điện cực cấu trúc silicon xốp chỉ thay đổi độ dày dưới 20% nhưng cung cấp điện tích gấp đôi điện cực của điện cực than chì thông thường.

Nhưng hơn hẳn các phiên bản trước đây của silicon xốp, các quả cầu rỗng siêu nhỏ thể hiện sức mạnh cơ học phi thường, do có các ống nano carbon khiến các quả cầu giống như những quả bóng quấn bằng sợi.

Những quả cầu rỗng siêu nhỏ và siêu bền

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra cấu trúc này theo nhiều bước, bắt đầu bằng cách tráng phủ các ống nano carbon bằng oxit silic. Sau đó, những ống nano được đưa vào một hỗn hợp nhũ tương dầu và nước và được đun nóng lên đến sôi.

Những ống nano carbon tráng phủ oxit silic ngưng tụ thành các quả cầu khi nước bay hơi. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng nhôm và nhiệt độ cao để chuyển hóa oxit silic thành silic, bước tiếp theo, những quả cầu siêu nhỏ này được ngâm trong nước và axit, loại bỏ các sản phẩm phụ sinh ra trong quá trình sản xuất.

Sợi nano carbon và nhũng hạt nhỏ silicon và quả cầu sợi

Thứ nổi lên trên bề mặt quá trình này là một loại bột của các quả cầu sợi siêu nhỏ, trong đó những hạt silicon nhỏ bám trên bề mặt ống nano carbon.

Độ vững chắc của những quả cầu silicon xốp được kiểm tra bằng đầu dò kính hiển vi lực nguyên tử. Các nhà nghiên cứu nhận thấy, một trong những quả bóng sợi nano có thể móp lại một chút và mất một chút độ xốp dưới lực nén rất cao, nhưng không bị vỡ.

Tính chất này có ý nghĩa lớn trong quá trình thương mại hóa sản phẩm, do vật liệu chế tạo anode phải có khả năng chịu được độ nén cao giữa các con lăn trong quá trình sản xuất.

Nhà khoa học Zhang cho biết, bước tiếp theo là phát triển những phương pháp chế tạo loại vật chất mới, có thể mở rộng sản xuất công nghiệp và kinh tế hơn, đẻ có thể đưa vào sản xuất thế hệ pin lithium-ion hiệu suất cao tiếp theo.

Thái Bằng (theo SciensceDaily)

  • Catốt cho pin dung lượng cao từ ADN da cá hồi
    Công nghệ- Thái Bằng - 11:41 24/04/2020
    (khoahocdoisong.vn) - Một nhóm các nhà khoa học Hàn Quốc thành công trong việc phát triển vật liệu catốt công suất cao thế hệ tiếp theo cho pin lithium-ion bằng giải pháp ổn định bề mặt các oxit phân lớp vượt mức (OLO) của catốt bằng ADN da cá hồi.

(0) Bình luận
Nổi bật Khoa học & Đời sống
Bệnh nhân phi công có thể xoay đầu theo lệnh bác sĩ
Thời sự- Lê Nga - Lê Cầm - 19:42 29/05/2020
TP HCMPhổi bệnh nhân phi công Anh cải thiện, thông khí phổi lên đến 40%, có thể  xoay đầu, các chỉ số nhiễm khuẩn giảm.
--Quảng cáo---
--Quảng cáo---
--Quảng cáo---
  • Cây phượng đổ trong sân trường tiểu học ở Bình Dương
    Thời sự- An Huy - 20:55 29/05/2020
    Cây phượng trong khuôn viên một trường tiểu học ở Bình Dương bất ngờ trốc gốc ngã, may mắn không có học sinh bị thương.
  • Hoa quỳnh chữa sỏi thận
    Khỏe- BS Đức Quang - 19:00 29/05/2020
    (khoahocdoisong.vn) - Theo y học cổ truyền, hoa quỳnh có vị ngọt, tính bình, đi vào kinh phế, thận có tác dụng cầm máu, tiêu viêm, chữa sỏi thận, sỏi bàng quang, đái đường và hen suyễn. Hoa quỳnh còn là vị thuốc bổ nâng cao thể trạng và sức khỏe của con người. Xin giới thiệu một số bài thuốc có nguồn gốc từ hoa quỳnh.
  • Trà củ quả chữa bệnh mùa nắng
    Khỏe- BS Khánh Hiển - 19:00 29/05/2020
    (khoahocdoisong.vn) - Trong các y thư cổ đã ghi lại khá nhiều phương cách dùng trà trong mùa hạ để phòng và chữa bệnh. KH&ĐS xin giới thiệu một số cách chế trà từ các loại củ quả để bạn đọc tham khảo và vận dụng.
  • Ngậm đồng xu chui xuống dạ dày
    Khỏe- Thúy Nga (ghi) - 19:00 29/05/2020
    (khoahocdoisong.vn) - Phụ huynh nên để những vật nhỏ, dễ nuốt tránh xa tầm tay của trẻ để tránh những tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra. 
  • Đường đi của 64.000 tỷ đồng trong đường dây đánh bạc “khủng” vừa bị phá
    Thời sự- Tiến Nguyên - 15:37 29/05/2020
    Từ khi bắt đầu hoạt động năm 2018 cho đến khi bị triệt phá, tổng số lượng tiền giao dịch đánh bạc qua hệ thống trò chơi đổi thưởng “Nổ hũ” lên tới 64.000 tỷ đồng.
POWERED BY ONECMS - A PRODUCT OF NEKO