Lớp phủ mới tạo nên sức mạnh cho pin lithium kim loại

Nhưng các pin lithium kim loại vẫn chỉ bị giới hạn trong phòng thí nghiệm nhiều thập kỷ do tuổi thọ ngắn và tự phá hủy bằng các vụ cháy nổ bất ngờ. Cách đây không lâu, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Stanford đã phát minh ra một lớp phủ, khắc phục những khiếm khuyết trước đây của loại pin này.

Các nhà nghiên cứu tuyên bố, lớp phủ kéo dài đáng kể tuổi thọ pin qua những thử nghiệm khắt khe ở phòng thí nghiệm. Lớp phủ cũng giải quyết vấn đề tự phá hủy pin do hạn chế rất nhiều những gai nhánh, có cấu trúc nhỏ nhọn dài như kim đâm xuyên qua vùng phân cách giữa các mặt cực dương và cực âm của pin. Các cấu trúc gai nhỏ, dài và nhọn (dendrites) khi phát triển dài gây ra đoản mạch trong chất lỏng khiến pin bốc cháy.

Sự so sánh giữa pin lithium-ion và lithium-kim loại, quá trình hình thành các gai phá hủy pin lithium-kim loại. Ảnh Advanced Science News.

Lớp phủ mới ngăn chặn các sợi nhánh hình thành bằng cách tạo ra một mạng lưới phân tử cung cấp đồng đều các ion lithium cho điện cực. Ưu điểm này ngăn chặn các phản ứng hóa học không mong muốn xảy ra trong pin, làm giảm sự tích tụ hóa chất trên cực dương, vốn là nguyên nhân gây phá hủy nhanh chóng khả năng cung cấp năng lượng của pin.

 Yi Cui, giáo sư Khoa học và Kỹ thuật vật liệu cho biết: “Pin lithium kim loại đáng tin cậy hơn và có thể mang lại hiệu quả to lớn cho những thiết bị điện tử cầm tay, từ máy tính xách tay đến điện thoại di động. Khó khắn lớn nhất đối với xe điện là pin của chúng tiêu tốn khoảng một phần tư năng lượng mang theo, gây ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi hoạt động của xe và chi phí khai thác sử dụng.

Nhóm nghiên cứu Stanford thử nghiệm lớp phủ mới sáng chế trên cực dương của pin kim loại lithium tiêu chuẩn, nơi thường hình thành các sợi nhánh nhỏ và dài. Các nhà khoa học kết hợp cực dương được phủ đặc biệt với các thành phần thương mại có sẵn khác chế tạo một pin điện hoạt động được.

Sau 160 chu kỳ cung cấp và sạc điện, các pin kim loại lithium vẫn cung cấp được 85% công suất so với năng lượng được cung cấp trong chu kỳ đầu tiên. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh, các pin kim loại lithium thông thường cung cấp khoảng 30% sau nhiều chu kỳ cấp – nạp, khiến các loại pin này gần như vô dụng (ngay cả khi pin không phát nổ).

Ông Cui cho biết, nhóm nghiên cứu hiện đang hoàn thiện thiết kế lớp phủ cực của pin nhằm tăng khả năng duy trì công suất và thử nghiệm các pin qua nhiều chu kỳ hơn. Ông nhấn mạnh: Nhóm Stanford hướng tới việc sử dụng pin cho xe ô tô điện. Nghiên cứu có thể trở thành sản phẩm thương mại, bắt đầu từ các thiết bị điện tử tiêu dùng, trước hết phải chứng minh khả năng khai thác an toàn của pin đối với người dùng.