Phát triển pin li-ion tự cảnh báo khí sắp phát nổ

Hiện tượng pin Li-ion của điện thoại hay thiết bị điện tử phát nổ đang ngày một phổ biến và trước tình hình này, các nhà nghiên cứu tại đại học Stanford đã phát triển một loại pin Li-ion thông minh có thể cảnh báo người dùng nếu pin bị quá nhiệt và có khả năng bốc cháy.

Thông thường, 1 thỏi pin Li-ion chứa cực dương bằng carbon và cực âm lithium metal-oxide được phân tách bởi một lớp polymer siêu mỏng. Lớp phân tách này có các lỗ hổng cho phép ion lithium di chuyển giữa 2 cực trong một dung dịch điện phân dễ cháy.

Nếu các hạt kim loại hoặc bụi lọt vào lớp phân tách này trong giai đoạn sản xuất hoặc pin bị sạc nhồi quá nhanh khi đang nguội, ion lithium có thể tích tụ trên cực dương và hình thành các sợi được gọi là dendrite. Nếu các sợi dendrite này xâm nhập vào lớp phân tách và tiếp xúc với cực âm, pin có thể bị đoản mạch và kích cháy chất điện phân.

Trong khi một số nhóm nghiên cứu khác hiện đang tìm cách phát triển các chất điện phân khó cháy hơn thì Yi Cui - phó giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu cùng các cộng sự tại đại học Stanford đã quyết định phát triển một hệ thống cảnh báo sớm có thể được dùng trên các loại pin Li-ion thông thường. Họ đã sử dụng một lớp đồng nano đặt trên một mặt của lớp phân tách, qua đó tạo ra một điện cực thứ 3 giữa cực âm và cực dương.

Denys Zhuo - một sinh viên tốt nghiệp, thành viên của dự án cho biết: "Lớp đồng này đóng vai trò là một cảm biến cho phép bạn đo sự chênh lệch điện áp giữa cực dương và lớp phân tách. Khi các sợi dendrite mọc ra đủ dài để tiếp xúc với lớp phủ đồng, điện áp sẽ giảm xuống 0. Điều này giúp bạn biết được khi nào các sợi dendrite đã mọc ra đến nửa thỏi pin. Qua đó cảnh báo rằng pin cần được lấy ra và thay thế trước khi các sợi dendrite tiếp xúc cực âm và có thể gây đoản mạch".

Zhuo cho biết khi lớp phân tách được phủ đồng có thể phát hiện điện áp khi nó tụt xuống 0 và một thông điệp sẽ hiển thị trên màn hình thiết bị cảnh báo rằng pin cần được thay thế. Theo nghiên cứu sinh tiền tiến sĩ Hui Wu: "Lớp phủ đồng trên lớp phân tách polymer chỉ dày 50nm, mỏng hơn khoảng 500 lần so với chính lớp phân tách. Thành phần này khá dẻo và xốp giống như các tấm phân tách polymer thông thường do đó tác động của lớp phủ đồng đối với dòng chảy ion giữa 2 cực là không đáng kể. Thêm vào đó, lớp phủ đồng dẫn điện cũng không làm thay đổi hiệu năng của pin nhưng có thể mang lại độ an toàn".

Bên cạnh pin Li-ion, Yi Cui cho biết công nghệ có thể được áp dụng trên những loại pin khác như kẽm, nhôm và các vật liệu kim loại khác. Nghiên cứu của Cui đã vừa được công bố trên tạp chí Nature Communications.