Tháp rơi tự do
Intern Writer
Các nhà khoa học đã sử dụng một mẹo hóa học khéo léo để giải quyết một thách thức lớn mà pin tương lai đang phải đối mặt. Bước đột phá của họ mở đường cho pin xe điện (EV) thế hệ tiếp theo, có khả năng cung cấp năng lượng cho hành trình 500 dặm (800 km) chỉ với một lần sạc 12 phút.
Pin lithium-metal khác với pin lithium-ion thông thường ở chỗ cực dương than chì được thay thế bằng kim loại lithium. Các nhà nghiên cứu cho biết trong một tuyên bố rằng thiết kế này cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều .
Đối với người lái xe điện, điều này có nghĩa là pin sạc nhanh hơn và sử dụng được lâu hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa thể chế tạo pin lithium-metal hiệu quả do "dendrites" — một chất tinh thể phân nhánh phát triển trên cực dương trong quá trình sạc, làm giảm hiệu suất pin theo thời gian. Hiện tượng này trở nên tồi tệ hơn trong quá trình sạc nhanh và làm tăng nguy cơ đoản mạch pin.
Nhưng trong một nghiên cứu mới được công bố ngày 3 tháng 9 trên tạp chí Nature Energy , các nhà khoa học đã tìm ra cách ngăn chặn sự phát triển của dendrite. Bí mật nằm ở một loại chất điện phân lỏng mới. Các nhà nghiên cứu cho biết chất điện phân lỏng "ức chế sự kết dính" này sẽ ngăn chặn sự phát triển của dendrite, tăng cường khả năng sạc nhanh của pin và kéo dài tuổi thọ của chúng lên hơn 185.000 dặm (300.000 km).
Cả pin lithium-ion và pin lithium-metal đều chứa chất điện phân dạng lỏng, giúp vận chuyển các ion lithium giữa cực âm và cực dương trong quá trình sạc và xả pin. Như đã đề cập, sự khác biệt giữa hai loại pin này là than chì trong pin lithium-ion được thay thế bằng kim loại lithium.
Trong vật lý pin, mật độ năng lượng đề cập đến lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ so với trọng lượng hoặc thể tích của nó — một yếu tố quan trọng quyết định quãng đường mà một chiếc xe điện có thể di chuyển trong một lần sạc. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nguyên nhân cơ bản của sự hình thành dendrite là "sự kết dính giao diện không đồng đều trên bề mặt kim loại lithium", các nhà nghiên cứu cho biết trong tuyên bố. Nói cách khác, họ nhận thấy các ion lithium không lắng đọng đều trên cực dương trong quá trình sạc, tạo ra các điểm yếu nơi dendrite có thể bắt đầu hình thành. Để giải quyết vấn đề này, họ đã phát triển một chất điện phân lỏng có cấu trúc hóa học giúp đảm bảo các ion được lắng đọng đều hơn trên bề mặt cực dương — giúp ngăn chúng tụ lại thành các nhánh cây.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, pin sạc từ 5% lên 70% trong 12 phút và duy trì tốc độ này trong hơn 350 chu kỳ sạc. Các nhà khoa học cho biết phiên bản dung lượng cao hơn đạt mức sạc 80% trong 17 phút sau 180 chu kỳ sạc. "Nghiên cứu này đã trở thành nền tảng quan trọng để vượt qua những thách thức kỹ thuật của pin lithium-kim loại bằng cách hiểu cấu trúc giao diện", đồng tác giả nghiên cứu Hee Tak Kim , giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), cho biết trong tuyên bố. "Nó đã vượt qua rào cản lớn nhất trong việc đưa pin lithium-kim loại vào sử dụng cho xe điện."
Pin lithium-metal khác với pin lithium-ion thông thường ở chỗ cực dương than chì được thay thế bằng kim loại lithium. Các nhà nghiên cứu cho biết trong một tuyên bố rằng thiết kế này cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều .
Đối với người lái xe điện, điều này có nghĩa là pin sạc nhanh hơn và sử dụng được lâu hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa thể chế tạo pin lithium-metal hiệu quả do "dendrites" — một chất tinh thể phân nhánh phát triển trên cực dương trong quá trình sạc, làm giảm hiệu suất pin theo thời gian. Hiện tượng này trở nên tồi tệ hơn trong quá trình sạc nhanh và làm tăng nguy cơ đoản mạch pin.
Nhưng trong một nghiên cứu mới được công bố ngày 3 tháng 9 trên tạp chí Nature Energy , các nhà khoa học đã tìm ra cách ngăn chặn sự phát triển của dendrite. Bí mật nằm ở một loại chất điện phân lỏng mới. Các nhà nghiên cứu cho biết chất điện phân lỏng "ức chế sự kết dính" này sẽ ngăn chặn sự phát triển của dendrite, tăng cường khả năng sạc nhanh của pin và kéo dài tuổi thọ của chúng lên hơn 185.000 dặm (300.000 km).
Cả pin lithium-ion và pin lithium-metal đều chứa chất điện phân dạng lỏng, giúp vận chuyển các ion lithium giữa cực âm và cực dương trong quá trình sạc và xả pin. Như đã đề cập, sự khác biệt giữa hai loại pin này là than chì trong pin lithium-ion được thay thế bằng kim loại lithium.
Trong vật lý pin, mật độ năng lượng đề cập đến lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ so với trọng lượng hoặc thể tích của nó — một yếu tố quan trọng quyết định quãng đường mà một chiếc xe điện có thể di chuyển trong một lần sạc. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nguyên nhân cơ bản của sự hình thành dendrite là "sự kết dính giao diện không đồng đều trên bề mặt kim loại lithium", các nhà nghiên cứu cho biết trong tuyên bố. Nói cách khác, họ nhận thấy các ion lithium không lắng đọng đều trên cực dương trong quá trình sạc, tạo ra các điểm yếu nơi dendrite có thể bắt đầu hình thành. Để giải quyết vấn đề này, họ đã phát triển một chất điện phân lỏng có cấu trúc hóa học giúp đảm bảo các ion được lắng đọng đều hơn trên bề mặt cực dương — giúp ngăn chúng tụ lại thành các nhánh cây.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, pin sạc từ 5% lên 70% trong 12 phút và duy trì tốc độ này trong hơn 350 chu kỳ sạc. Các nhà khoa học cho biết phiên bản dung lượng cao hơn đạt mức sạc 80% trong 17 phút sau 180 chu kỳ sạc. "Nghiên cứu này đã trở thành nền tảng quan trọng để vượt qua những thách thức kỹ thuật của pin lithium-kim loại bằng cách hiểu cấu trúc giao diện", đồng tác giả nghiên cứu Hee Tak Kim , giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), cho biết trong tuyên bố. "Nó đã vượt qua rào cản lớn nhất trong việc đưa pin lithium-kim loại vào sử dụng cho xe điện."