Pin lithium-ion mới có thời lượng sử dụng gấp 10 lần

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Northwestern (Mỹ) hiện đang phát triển một công nghệ pin mới hứa hẹn đem lại nhiều cải tiến quan trọng về pin cho máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy tính bảng và các thiết bị dùng pin khác.



Công nghệ này đã được giới thiệu trên Tập san Vật liệu Năng lượng Cao cấp Advanced Energy Materials. Theo ông Harold H. Kung, tác giả của bài báo đó, cho hay: "Chúng tôi đã tìm được cách tăng thời lượng pin lithium-ion mới lên gấp 10 lần (so với hiện nay). Thậm chí sau 150 lần sạc - tức khoảng 1 năm hoạt động hoặc hơn, thì pin vẫn giữ được tính hữu hiệu hơn gấp 5 lần so với pin lithium-ion trên thị trường hiện nay."

Bên cạnh việc giảm đi tính chai pin qua thời gian sử dụng cũng như giảm thiểu thời gian sạc, thì công nghệ mới này còn giúp thu nhỏ kích cỡ pin xuống gấp 10 lần nhưng vẫn giữ được công suất phát điện tương đương hiện nay, hoặc là sẽ gấp 10 lần công suất điện nếu vẫn giữ nguyên cỡ pin hiện tại. Dù kích cỡ pin to hay nhỏ thì ưu điểm mà công nghệ này mang lại vẫn thấy rõ so với pin lithium-ion hiện nay.


Đặc điểm kỹ thuật

Cốt lõi của công nghệ pin mới này là gắn các lớp silicon vào các lớp graphin nền carbon để tạo nên cực dương (anode) cho chuẩn pin lithium-ion. Bằng cách này, việc tăng thời lượng sử dụng pin lên cũng như rút ngắn thời gian sạc lại một cách rõ rệt là hoàn toàn có thể. Bởi với công nghệ mới này, một nguyên tử silicon có khả năng dung nạp đến 4 hạt lithium ion trên một nguyên tử, trong khi ở kỹ thuật cũ thì đòi hỏi đến 6 nguyên tử carbon mới thích ứng được một nguyên tử carbon đơn.




Điện trong pin được tạo ra nhờ các hạt lithium ion chạy từ cực dương (anode) đến cực âm (cathode) thông qua một chất điện phân. Do đó, cực dương càng tích được nhiều hạt lithium ion thì lượng điện sạc trữ được (thời lượng pin) cũng sẽ tăng lên. Đồng thời, nếu khiến các hạt lithium ion chạy ngược từ cực âm về cực dương càng nhanh thì quá trình sạc lại pin sẽ nhanh lên theo.

Trước đây silicon được xem là loại vật liệu không hợp để làm cực dương bởi nó có tính chất "phân mảnh". Nhưng công nghệ mới này với việc ghép các lớp silicon và graphin lại với nhau, vấn đề đó đã được giải quyết.

Một giới hạn của pin li-ion hiện nay là thời lượng sạc. Ở kỹ thuật hiện tại, các hạt lithium ion phải chạy xung quanh từng tấm graphin mới tiếp xúc được với nhau, khiến tăng thời gian sạc lên cũng như gây ra tình trạng nghẽn cổ chai do chạy sít nhau. Và giải pháp của các nhà nghiên cứu Northwestern là đục các lỗ nhỏ cỡ 10-20 nanomet trên tấm graphin để tạo thêm nhiều "đường đi thẳng" cho các hạt lithium ion nhưng vẫn không mất đi chức năng chung của tấm graphin - đó là phải luôn tiếp xúc với các hạt ion cũng như ngăn ngừa các nguyên tử silicon mới thêm vào "chạy" mất đi.



Theo các nhà nghiên cứu thì phải mất từ 3 hoặc 5 năm nữa công nghệ pin này mới đi vào sản xuất đại trà. Được biết gần đây cũng có một phát kiến mới tương tự là công nghệ pin fluoride cũng hứa hẹn cho thời lượng sử dụng gấp 10 lần so với pin lithium-ion.