Giải mã thành công hiện tượng đoản mạch của pin lithium, hứa hẹn thế hệ pin mới sạc nhanh mà lại an toàn hơn
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Stanford và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC vừa tuyên bố tìm ra nguyên nhân gây ra hiện tượng đoản mạch, vốn xảy ra định kỳ trên pin kim loại lithium với chất điện phân rắn.
Pin lithium tiếp theo sẽ sạc nhanh hơn, bền bỉ hơn.
Một giải pháp lâu dài như vậy có thể giúp nhân loại vượt qua các rào cản khi sử dụng xe điện trên toàn thế giới. Nghiên cứu vừa được công bố đã nêu chi tiết về các thí nghiệm khác nhau, mô tả cách thức các khuyết tật ở cấp độ nano và ứng suất cơ học khiến chất điện phân rắn bị hỏng. Ngoài ra, bụi hoặc các tạp chất khác xuất hiện ở giai đoạn sản xuất cũng có thể khiến pin bị trục trặc.
Nhóm nghiên cứu cho rằng, vấn đề là do căng thẳng cơ học gây ra trong khi sạc lại pin. "Chỉ cần một vết lõm, uốn cong hoặc xoắn pin vừa phải cũng có thể khiến các vấn đề về kích thước nano trong vật liệu mở ra và lithium xâm nhập vào chất điện phân rắn khiến nó bị đoản mạch."
Trong suốt hơn 60 thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã chứng minh vật liệu gốm phát triển "các vết nứt, vết lõm và vết nứt ở cấp độ nano, nhiều vết nứt có chiều rộng dưới 20 nanomet". Theo nhóm, những vết nứt vốn có này sẽ mở ra trong quá trình sạc nhanh, cho phép lithium xâm nhập.
Nhóm đạt được những kết quả này bằng cách đặt một đầu dò điện vào chất điện phân rắn, tạo ra một cục pin thu nhỏ, sử dụng kính hiển vi điện tử để quan sát quá trình sạc nhanh trong thời gian thực. Họ đã sử dụng chùm ion như "một con dao mổ" để phân tích lý do lithium tích tụ trên một số bộ phận nhất định của vật liệu gốm. Từ đó phát hiện ra khi áp suất của đầu dò điện tăng lên, "bắt chước các ứng suất cơ học của vết lõm, uốn cong và xoắn, thì nhiều khả năng pin sẽ bị đoản mạch."
Nghiên cứu đã chứng minh ngay cả một cú bẻ cong nhẹ, vặn nhẹ hoặc một hạt bụi mắc vào giữa chất điện phân, cũng có thể khiến pin bị hỏng. Kết quả này cho phép các nhà phát triển thiết kế những vật liệu phù hợp để tránh đoản mạch.
Cập nhật: 09/02/2023