Buzz
Pin Lithium-ion thường sử dụng chất điện phân lỏng để vận chuyển ion giữa hai điện cực, nhưng giờ đây các nhà nghiên cứu tại Đại học Brown đã tìm ra các chất điện phân thay thế. Điều này đánh dấu một bước tiến mới, khi cellulose từ gỗ được sử dụng làm thành phần cơ bản cho một chất điện phân dạng rắn, mỏng như tờ giấy, có thể uốn cong và đủ dẻo để chịu áp lực khi pin được sạc và xả.
Hiện đã có nhiều chất điện phân dạng rắn được phát triển, thường được làm từ vật liệu gốm, hiệu quả trong việc dẫn ion nhưng không chịu được áp lực cao trong quá trình sạc và xả. Tuy nhiên, sử dụng sợi nano cellulose từ gỗ làm chất điện phân dạng rắn đã mang lại một giải pháp thay thế mới và tiên tiến hơn cho ngành công nghiệp pin.
Một hạn chế của các chất điện phân lỏng trong pin Lithium-ion hiện nay là chúng thường chứa các chất lỏng dễ bay hơi, có thể gây cháy nếu thiết bị bị đoản mạch và thúc đẩy sự hình thành các thành phần cặn giống như 'xúc tu', ảnh hưởng đến hiệu suất pin. Ngược lại, chất điện phân rắn có thể được làm từ vật liệu không gây cháy, giảm thiểu tạo cặn và mở ra tiềm năng mới về thiết kế của hệ thống pin, đặc biệt là pin xe điện.
Một trong những tiềm năng của chất điện phân rắn liên quan đến cực dương, một trong hai điện cực trong pin ngày nay, thường được làm từ hỗn hợp than chì và đồng. Một số nhà khoa học coi chất điện phân dạng rắn là bước đệm quan trọng để pin hoạt động với cực dương làm từ kim loại Lithium nguyên chất, cải thiện đáng kể mật độ năng lượng trong pin, cho phép xe ô tô và máy bay điện đi xa hơn nhiều mà không cần sạc nhiều lần.
Những ống polyme có nguồn gốc từ gỗ này được kết hợp với đồng để tạo thành một chất dẫn điện dạng rắn có độ dẫn điện tương tự như gốm sứ và tốt hơn từ 10 - 100 lần so với các chất điện phân polyme khác. Theo nhóm nghiên cứu, điều này đến từ việc bổ sung đồng đã tạo ra khoảng trống giữa các chuỗi polyme cellulose để hình thành một thứ được gọi là 'siêu xa lộ ion', giúp các ion Lithium di chuyển với hiệu suất cực cao.
Theo tác giả Liangbing Hu: “Khi kết hợp đồng với các sợi nano cellulose một chiều, chúng tôi đã chứng minh rằng cellulose (thường được xem là chất cách điện) vẫn có khả năng cung cấp tốc độ vận chuyển Lithium-ion nhanh hơn bên trong các chuỗi polyme. Thực tế, chúng tôi đã thấy chất dẫn điện này đạt được độ dẫn điện cao kỷ lục trong số tất cả các chất điện phân polyme dạng rắn.”
Với đặc tính mỏng như giấy và mềm dẻo linh hoạt của vật liệu này, các nhà khoa học tin rằng nó sẽ chịu được áp lực của quá trình sạc & xả pin một cách tốt hơn. Họ cũng cho biết vật liệu này có độ ổn định điện-hóa cao, có thể chứa cực dương kim loại Lithium và cực âm điện áp cao, hoặc có thể sử dụng như một vật liệu kết dính bọc các cực âm siêu dày trong các loại pin có mật độ năng lượng cao.
Nguồn: Đại học Brown
