Chất điện ly an toàn chống cháy nổ trong pin Lithium-ion
Kim Tiến
29/08/2018
KH&CN nước ngoài
Các vụ tai nạn giao thông và hỏa hoạn hàng không xảy ra gần đây đã cho thấy mối đe dọa từ pin Lithium-ion – loại pin được sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử và xe điện. Nếu loại pin này bị va đập, nghiền nát hoặc vặn xoắn thì màng nhựa xốp làm từ chất điện ly ngăn cách 2 điện cực bên trong sẽ nhanh chóng bị phá hủy, khiến 2 điện cực chạm nhau và gây ra hỏa hoạn.
Nhà hóa học Gabriel Veith và các cộng sự của mình tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (Tennessee, Hoa Kỳ) đã tìm ra một hỗn hợp gọi là oobleck để giải quyết vấn đề cháy nổ của pin Lithium-Ion. Hỗn hợp được tạo ra bằng cách trộn silica vào chất điện ly để biến chất điện ly vốn rất dễ cháy trở thành dạng rắn khi có tác động của ngoại lực. Hỗn hợp này ở dạng chất lỏng đậm đặc. Khi pin bị va đập, nghiền nát hoặc vặn xoắn, chất diện ly sẽ trở nên rắn hơn, không bị phá hủy nên giúp tránh bị chạm các điện cực gây hỏa hoạn.
Đầu năm nay, nhóm nghiên cứu của Veith đã mô tả cách tạo ra loại silica cho oobleck trên tạp chí Applied Materials & Interfaces bằng cách sử dụng quá trình Stöber, một công nghệ cũ có từ thập kỷ trước, để tạo ra các hạt nano silica hoàn hảo (loại thường dùng trong y học để vận chuyển thuốc đến tế bào con người). Loại hạt nano silica này có thể làm cho chất điện ly ngăn cách 2 điện cực trong pin trở nên cứng hơn, nhưng vẫn dễ sản xuất. “Không cần phải chỉnh sửa lại công nghệ sản xuất pin vì nó tương thích với dây chuyền hiện tại.” Veith nói.
Tuy nhiên, oobleck không thể tiêm vào pin Lithium-Ion như một chất điện ly bình thường vì có thể tác động vào hỗn hợp và biến nó trở thành chất rắn ngay. Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu của Veith đã đặt các hạt silica vào trong một màng tách nhựa, sau đó mới tiêm chất điện ly lỏng vào. Như vậy, không những giúp oobleck chỉ biến rắn khi có tác động của ngoại lực, mà còn khiến nó dễ sản xuất và hiệu quả hơn các chất đã được thử nghiệm trước đó.
Oak Ridge oobleck đã được cấp bằng sáng chế, dưới tên gọi là chất điện ly an toàn chống va đập (Safe Impact Resistant Electrolyte) - hợp chất có khả năng quay trở lại thành chất lỏng sau va chạm vài giây và cho phép phản ứng điện hóa giữa 2 điện cực trong pin tiếp tục diễn ra. Veith lưu ý rằng, hỗn hợp cũng có thể được ứng dụng hiệu quả trong áo khoác quân đội hoặc áo giáp chống đạn, đồng thời nhóm nghiên cứu của ông cũng hy vọng công nghệ này sẽ được tích hợp vào pin Lithium-Ion trong vòng một vài năm tới.