Các loại pin Lithium-ion hiện nay thường sử dụng chất điện phân dạng lỏng để vận chuyển các ion qua lại giữa hai điện cực, nhưng giờ thì các nhà nghiên cứu của Đại học Brown (ở tiểu bang Rhode Island, Mỹ) đã tìm ra được các chất điện phân thay thế khác. Đó là một nghiên cứu mới, sử dụng cellulose lấy từ gỗ để làm thành phần cơ bản cho một chất điện phân dạng rắn, nó mỏng như tờ giấy, có thể uốn cong và đủ dẻo để hấp thụ áp lực khi pin được sạc và xả.
Cho đến nay, đã có nhiều chất điện phân dạng rắn đã được phát triển, chúng được làm từ vật liệu gốm, có hiệu quả cao trong việc dẫn các ion nhưng không chịu được áp lực cao trong quá trình sạc & xả do bản chất giòn của chúng. Các nhà khoa học đã có một giải pháp thay thế cho vật liệu này, khi sử dụng các sợi nano cellulose được tìm thấy trong gỗ để làm chất điện phân dạng rắn.
Một nhược điểm của các chất điện phân dạng lỏng được sử dụng trong pin Lithium-ion hiện nay là chúng chứa các chất lỏng dễ bay hơi, có nguy cơ gây cháy nếu thiết bị bị đoản mạch và thúc đẩy sự hình thành các thành phần cặn giống như "xúc tu" làm ảnh hưởng đến hiệu suất pin. Trong khi đó, chất điện phân dạng rắn có thể được làm từ vật liệu không gây cháy, làm cho thiết bị ít bị tạo cặn hơn và có thể mở ra những tiềm năng mới về thiết kế của hệ thống pin, đặc biệt là pin xe điện.
Cho đến nay, đã có nhiều chất điện phân dạng rắn đã được phát triển, chúng được làm từ vật liệu gốm, có hiệu quả cao trong việc dẫn các ion nhưng không chịu được áp lực cao trong quá trình sạc & xả do bản chất giòn của chúng. Các nhà khoa học đã có một giải pháp thay thế cho vật liệu này, khi sử dụng các sợi nano cellulose được tìm thấy trong gỗ để làm chất điện phân dạng rắn.
Một nhược điểm của các chất điện phân dạng lỏng được sử dụng trong pin Lithium-ion hiện nay là chúng chứa các chất lỏng dễ bay hơi, có nguy cơ gây cháy nếu thiết bị bị đoản mạch và thúc đẩy sự hình thành các thành phần cặn giống như "xúc tu" làm ảnh hưởng đến hiệu suất pin. Trong khi đó, chất điện phân dạng rắn có thể được làm từ vật liệu không gây cháy, làm cho thiết bị ít bị tạo cặn hơn và có thể mở ra những tiềm năng mới về thiết kế của hệ thống pin, đặc biệt là pin xe điện.
Một trong những tiềm năng này liên quan đến cực dương, một trong hai điện cực trong pin ngày nay, nó 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 làm cho pin hoạt động với cực dương làm từ kim loại Lithium nguyên chất, cải thiện đáng kể về 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 chiếc 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 có được là do 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", cho phép các Lithium ion di chuyển với hiệu suất cực cao.
Tác giả Liangbing Hu cho biết: “Bằng cách kết hợp đồng với các sợi nano cellulose một chiều, chúng tôi đã chứng minh rằng cellulose (bình thường có khả năng cách điện) vẫn có thể cung cấp tốc độ vận chuyển Lithium-ion nhanh hơn bên trong các chuỗi polyme. Trên thực tế, chúng tôi nhận thấy chất dẫn điện này đã đạt được độ dẫn điện cao kỷ lục trong số tất cả các chất điện phân polyme dạng rắn.”
Và bởi vì vật liệu này mỏng như giấy và mềm dẻo linh hoạt, nên 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, để chứa cực dương kim loại Lithium và cực âm điện áp cao, hoặc có thể dùng như một vật liệu kết dính bao bọc các cực âm siêu dày trong các loại pin có mật độ năng lượng cao.
Quảng cáo
