Khoa học khám phá ra cấu trúc lithium chưa từng thấy, giúp hạn chế tình trạng cháy nổ của pin
Phát hiện có tiềm năng tạo nên đột phá ngành lưu trữ năng lượng.
Pin lithium-ion sạc lại được cung cấp năng lượng cho vô số đồ điện tử trong thời hiện đại. Chúng là hậu duệ của pin lithium-kim loại vốn không được phát triển rộng rãi. Có lý do để các nhà sản xuất xưa lưỡng lự: mặc dù pin lithium-kim loại có tiềm năng lưu trữ lượng năng lượng lớn gấp đôi pin lithium-ion, nhưng kèm theo đó là nguy cơ cháy nổ cao hơn nhiều lần.
Trong một nghiên cứu mới được thực hiện bởi Viện Hệ thống Nano California (trực thuộc Đại học California - UCLA), một nhóm các nhà khoa học công bố phát hiện quan trọng có thể giúp pin lithium-kim loại vượt mặt hậu duệ của mình. Nghiên cứu mới được đăng tải trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature.
Nhóm các nhà nghiên cứu UCLA có thể khiến lithium không bị ăn mòn, và tạo thành những cấu trúc đa giác gọn gàng - (Ảnh: UCLA).
Kim loại lithium có thể dễ dàng phản ứng với các chất hóa học, đến mức khi chúng được đặt trong điều kiện thường trên một mặt phẳng, hiện tượng ăn mòn lập tức xuất hiện. Thế nhưng, nhóm các nhà nghiên cứu tại UCLA đã phát triển thành công một kỹ thuật có thể ngăn sự ăn mòn, và bất ngờ hơn cả, họ nhận thấy các nguyên tử lithium ghép thành hình dáng đặc biệt - một hình khối 12 mặt có tên rhombic dodecahedron.
"Hiện có hàng ngàn nghiên cứu xoay quanh kim loại lithium, và đa số chúng mô tả những cấu trúc khác nhau, khi "cục mịch" hay "hình trụ"", tác giả nghiên cứu, ông Li Yuzhang nhận xét. "Thật bất ngờ khi chúng tôi tìm ra cách ngăn chặn sự ăn mòn bề mặt, và thay vì những hình dáng [đã được ghi lại trước đây], chúng tôi nhận thấy một hình đa giác từ lâu đã được dự đoán là tồn tại. Suy cho cùng, nghiên cứu này cho phép chúng tôi xét lại hiểu biết của mình về pin lithium-kim loại".
Nói một cách khác, nhóm của ông Yuzhang đã tìm ra cách để lithium không bị ăn mòn nữa, và đồng thời tìm ra một cấu trúc lithium giúp pin tương lai khó bị đoản mạch.
Ở quy mô hiển vi, pin lithium-ion có thể lưu trữ những nguyên tử lithium mang điện tích dương trong một cấu trúc carbon. Ngược lại, pin lithium-kim loại lại phủ điện cực với lithium, và phương pháp này sẽ khiến pin lithium-kim loại tốn vật liệu lithium hơn gấp 10 lần pin li-ion. Lượng lithium tăng đồng hành với cả hiệu năng cao và nguy cơ cháy nổ.
Pin lithium-ion đi đôi với nguy cơ phát nổ.
Quá trình đưa lithium vào điện cực bao gồm một kỹ thuật 200 năm tuổi, tận dụng điện và một dung dịch chứa muối, được gọi là chất điện phân. Thông thường, lithium hình thành ở mức hiển vi tạo thành những cấu trúc giống rễ cây tỏa ra về nhiều hướng. Trong một cục pin, nếu hai sợi lithium chạm nhau, hiện tượng đoản mạch sẽ diễn ra và pin có thể phát nổ.
Trong thí nghiệm mới, lithium hiện nguyên hình khi lớp ăn mòn không còn hiện hữu. Các nhà khoa học tại UCLA nhận định đây là dấu hiệu cho thấy pin lithium-kim loại đã "nhu mì" hơn trước, bởi lẽ các nguyên tử lithium nằm ngay ngắn chứ không vươn ra về nhiều hướng. Phát hiện mới có thể tạo nên đột phá ngành công nghệ nói chung và ngành lưu trữ nói riêng.
"Các nhà khoa học, các kỹ sư đã miệt mài suốt hai thập kỷ viết nên lượng dữ liệu, về cách tạo hình các kim loại như vàng, platinum, bạc thành khối lập phương, khối cầu và khối trụ. Giờ ta đã biết thêm về hình dáng của lithium", nhà nghiên cứu Yuzhang nhận định. "Hiện sẽ phải đặt thêm câu hỏi, liệu có thể xếp chúng thành từng khối, và tăng hiệu năng cũng như độ an toàn của pin hay không?"
Từ trước tới nay, quan điểm của đám đông vẫn cho rằng chất điện phân sẽ quyết định hình hài của cấu trúc lithium. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại UCLA lại cho thấy sự thực không phải vậy.
Hình trên là cách lithium hình thành khi không có lớp ăn mòn, bốn hình dưới cho thấy lithium hình thành trong điều kiện thường - (Ảnh: UCLA).
"Chúng tôi muốn quan sát xem liệu mình có thể đưa lithium vào hệ thống pin nhanh hơn tốc độ ăn mòn không", tác giả chính của nghiên cứu, ông Yuan Xintong nói với báo giới. "Bằng cách này, chúng tôi có thể chứng kiến cách lithium tỏa ra mà không bị ảnh hưởng bởi lớp ăn mòn".
Nhóm đã phát triển thành công một kỹ thuật bơm lithium nhanh hơn tốc độ ăn mòn, đồng thời chứng kiến lithium kết lại thành những hình đa giác gọn gàng tí hon, với chiều dài cấu trúc tương đương 2 phần triệu của một mét, hay chiều dài trung bình của một con vi khuẩn. Nhóm nghiên cứu đã có thể quan sát được cấu trúc lithium bằng kính hiển vi electron lạnh, vốn được dùng để xác định hình dáng protein và virus.
Theo lời ông Yuzhang, kỹ thuật bơm lithium vẫn chưa được tối ưu. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã làm được việc khó nhất: loại bỏ yếu tố ăn mòn của lithium, và chứng kiến một cấu trúc lithium gọn gàng chưa từng thấy. Công nghệ lưu trữ năng lượng sử dụng lithium có thể an toàn hơn trong tương lai nhờ khám phá này, và một hệ thống pin mới, an toàn hơn có thể đưa ngành công nghệ lên một tầm cao mới.
Ứng dụng miễn phí
Linkitty Nối hình Onet cổ điển
Nối hai hình giống nhau với tối đa hai lần rẽ, đua với đồng hồ. Màn chơi vô tận, thử thách mỗi ngày và gần 100 món đồ cho mèo con, thỏ con.
Ứng dụng miễn phí
Trikitty Ghép 3 hình dễ thương
Chạm ô trên bàn xếp nhiều lớp, đưa xuống khay 7 ô và xếp 3 hình giống nhau liền nhau để ăn. Màn nào cũng có lời giải.
Ứng dụng miễn phí
Lịch Vạn Niên Lịch âm dương Việt Nam
Xem ngày Dương lịch và Âm lịch cùng lúc, kèm can chi của năm, tháng, ngày. Đổi ngày Âm – Dương trong vài giây.
Lễ hội ma Halloween và những điều bạn chưa biết
Halloween là lễ hội thường niên diễn ra vào cuối tháng 10 đầu tháng 11, nhưng đó là lễ hội để tưởng niệm cái gì? Tại sao người ta phải hoá trang và ăn mặc gớm ghiếc đến thế?
Điều xảy ra khi thời gian ngừng lại?
Khái niệm ngưng đọng thời gian xuất hiện trên phim ảnh khá nhiều. Tuy vậy, việc ngưng đọng thời gian dưới góc nhìn khoa học không lãng mạn như trên phim.
Những điều cần biết về nguyên lý cốc đổi màu
Cốc đổi màu là một trong những sản phẩm được nhiều người sử dụng ngày nay, đặc biệt là giới trẻ bởi những điểm độc đáo mà sản phẩm này mang lại.
Cận cảnh "siêu quái vật" đào đất lớn nhất thế giới, có khối lượng lên tới 13.500 tấn
Bagger 288 là đơn đặt hàng của công ty khai mỏ Rheinbraun. Các kỹ sư phải mất 5 năm để lên kế hoạch thiết kế và sản xuất, thời gian lắp ráp cỗ máy khổng lồ này cũng mất thêm 5 năm nữa.
Cầu tre dài hơn một kilomet có thể chịu tải 4 tấn
Cây cầu tre ọp ẹp dài hơn một kilomet chạy qua vùng nước đục của sông Mekong, nối hòn đảo nổi Koh Pen nằm giữa mặt sông với Kampong Cham.
“25 tỉ quả bom nguyên tử” bị khóa kín ở nơi không ngờ trên Trái đất
Nghiên cứu công bố trên Earth Systerm Science Data khẳng định nguồn gốc của "25 tỉ quả bom nguyên tử" - tức nguồn năng lượng mạnh 380 zettajoules - chính là sự nóng lên toàn cầu.
