Chất điện phân trong pin thế hệ mới từ gỗ đạt độ dẫn điện kỷ lục

Các nhà khoa học đã sử dụng sợi nano xen-lu-lô-zơ trong gỗ làm cơ sở cho một chất điện phân pin mới.

Các loại pin lithium ngày nay thường sử dụng một loại chất điện phân dạng lỏng để chuyển các i-on giữa hai điện cực, tuy nhiên các nhà khoa học đã theo dõi các giải pháp thay thế dạng rắn để xem xét các tiềm năng thú vị trong tương lai. Trong số đó, một số tác giả nghiên cứu đã sử dụng xenlulo từ gỗ làm cơ sở cho một trong số chất điện phân dạng rắn, mỏng như giấy, có thể uốn cong và dễ dàng thấp thụ ứng suất trong khi pin hoạt động.

Các chất điện phân trong các loại pin lithium phổ biến ngày nay có một nhược điểm đó là chúng có chứa các chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy nếu thiết bị đoản mạch và thúc đẩy hình thành tế bào như xúc tu được gọi là đuôi gai làm ảnh hưởng đến hiệu suất. Trong khi đó, các chất điện phân rắn có thể tạo nên từ các nguyên liệu không cháy, khiến cho thiết bị ít hình thành dendrite và tạo ra các tiềm năng về cấu trúc pin mới.

Một trong những khả năng này liên quan đến một trong hai điện cực là cực dương trong pin thường được làm từ hỗn hợp than chì và đồng. Một số nhà khoa học coi chất điện phân rắn là bước đệm quan trọng để thay thế cho pin cực dương làm từ kim loại lithium nguyên chất, giúp giải quyết rào cản về nồng độ điện và cho phép ô tô và máy bay điện đi xa hơn nhiều mà không cần sạc.

Cho đến nay, nhiều chất điện phân rắn được làm từ vật liệu gốm, có hiệu quả cao trong việc dẫn các ion nhưng không chịu được ứng suất trong quá trình sạc và xả do tính giòn của chúng. Các nhà khoa học từ Đại học Brown và Đại học Maryland đã tìm kiếm một giải pháp thay thế cho điều này bằng cách sử dụng các sợi nano xenlulo được tìm thấy trong gỗ là bước khởi đầu.

Những sợi ống polymer từ gỗ được kết hợp với đồng để tạo thành một chất dẫn ion rắn có độ dẫn điện tương tự như gốm sứ và tốt hơn từ 10 đến 100 lần so với các chất dẫn ion polymer khác. Theo nhóm nghiên cứu, điều này là do việc bổ sung đồng tạo ra khoảng trống giữa các chuỗi polyme xenlulo để hình thành "siêu xa lộ ion", cho phép các ion lithium di chuyển với hiệu suất cao nhất.

Tác giả nghiên cứu Liangbing Hu cho biết: “Bằng cách kết hợp đồng với sợi nano xenlulo một chiều, chúng tôi đã chứng minh rằng trong các chuỗi polyme, xenlulo ion cách điện (ion-insulating) thông thường có tốc độ vận chuyển lithium-ion nhanh hơn. Trên thực tế, chúng tôi nhận thấy chất dẫn ion này đã đạt được độ dẫn ion cao kỷ lục trong số tất cả các chất điện phân polyme rắn.”

Và bởi vì vật liệu này mỏng như giấy và có độ linh hoạt, các nhà khoa học tin rằng nó chịu được áp lực tốt trong quá trình pin hoạt động. Họ cũng cho biết vật liệu có độ ổn định điện hóa để thay thế cực dương kim loại lithium và cực âm điện áp cao, hoặc có thể hoạt động như một vật liệu kết dính bao bọc các cực âm cực dày trong các loại pin có nồng độ cao.

Tác giả nghiên cứu Yue Qi cho biết các ion lithium di chuyển trong chất điện phân rắn hữu cơ này qua các cơ chế thường tìm thấy trong gốm vô cơ, tạo ra độ dẫn ion cao kỷ lục. “Sử dụng các vật liệu mà có sẵn trong tự nhiên sẽ làm giảm tác động tổng thể của quá trình sản xuất pin đối với môi trường của chúng ta.”

Liên kết nguồn tin: http://doimoisangtao.gov.vn/chat-dien-phan-trong-pin-the-he-moi-tu-go-dat-do-dan-dien-ky-luc-208.htm