Đột phá mới về công nghệ pin lithium

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Waterloo đã đặt nền móng cho một loại pin lithium có khả năng lưu trữ và cung cấp năng lượng nhiều hơn gấp ba lần pin lithium-ion.

Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên đã chứng minh việc đẩy mạnh hoạt động điện hóa của pin lithium-sulphur trên tạp chí trực tuyến Nature Materials. Các nhà hóa học đã kỳ vọng nhiều về loại pin lithium-sulphur này suốt hai thập kỷ qua, không chỉ nhờ thành công kết hợp lithium với sulphur giúp nâng mật độ năng lượng lên gấp nhiều lần, mà còn bởi sulphur rẻ hơn nhiều loại vật liệu khác đang được dùng làm pin lithium.

Tiến sĩ Linda Nazar, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết "Khó khăn lớn nhất luôn là cathode – bộ phận chứa và giải phóng electron trong chu kỳ sạc. Để kích hoạt phản ứng điện hóa ở dòng điện mạnh, sulphur kích hoạt điện cần phải duy trì sự tiếp xúc trực tiếp với một chất dẫn điện như carbon chẳng hạn”.  

Nhóm nghiên cứu đã thử giải quyết vấn đề tiếp xúc này ở phạm vi nano. Họ cho biết cách tiếp cận này có thể sử dụng với cả các chất liệu khác, nhưng trong nghiên cứu này nhóm nghiên cứu chọn một chất có chứa carbon có cấu trúc chặt và xốp được gọi là carbon mesoporous. Ở mức nano, loại carbon này có đường kính và thể tích lỗ rất đồng đều.

Bằng cách dùng phương pháp nano, nhóm nghiên cứu đã tập hợp cấu trúc của các thanh carbon dày 6,5 nanomet được chia tách bởi các rãnh rỗng từ 3 đến 4 nanomet. Các sợi micro carbon bao trùm các rãnh rỗng khiến các thanh mở và được bảo vệ tránh bị phá hủy kết cấu. Để lấp đầy các chỗ trống, sulphur được nấu chảy, sau khi tiếp xúc với carbon sẽ chảy vào các kênh dẫn, nó bị hút ra hoặc kéo vào các kênh do lực mao dẫn, và sẽ hóa cứng và tạo thành các ống nano sulphur. Sử dụng kính quét hiển vi điện tử quan sát ở những tiết diện cho thấy tất cả các khoảng trống đã được sulphur lấp đầy, để lộ một bề mặt rất lớn tiếp xúc với carbon và cho kết quả kiểm định ngoài sức tưởng tượng.

Tiến sĩ Nazar cho rằng "Chất liệu này có thể cung cấp tới gần 80% hiệu suất lý thuyết của sulphur, tức là gấp 3 lần so với mật độ năng lượng trong cathode oxit kim loại chuyển hóa lithium, với một tốc độ hợp lý và độ ổn định cao”. Và họ đã nộp đơn đăng ký sáng chế và đang xem xét việc thương mại hóa cũng như ứng dụng thực tế phát minh này.

OV (theo NACESTI)