Pin sạc có thể
được chế tạo để có tuổi thọ dài hơn so với hiện tại nhờ một vật liệu kết dính
mới do các nhà khoa học Nhật Bản mới khám phá ra (Ảnh: monticello/Depositphotos)
Nếu bạn đã dùng một chiếc
smartphone được vài năm và nhận thấy cần phải cắm sạc thường xuyên hơn trước thì
có lẽ bạn đã không còn xa lạ với quá trình chai pin. Có nhiều bộ phận chuyển
động bên trong một viên pin góp phần vào sự suy giảm hiệu suất này nhưng nghiên
cứu được thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến của Nhật Bản tập
trung vào một bộ phận đặc biệt được gọi là chất kết dính.
Vật liệu này đóng vai trò quan
trọng trong việc bảo vệ anốt than chì của pin, gắn kết các hạt của điện cực lại
với nhau và giữ cho điện cực tiếp xúc với bộ gom dòng. Chất kết dính cho pin
lithium hiện nay được làm từ poly(vinylidene fluoride) hay viết tắt là PVDF
nhưng các nhà nghiên cứu vẫn đang theo đuổi các giải pháp thay thế và mới phát
hiện ra thứ mà họ tin là giải pháp vượt trội hơn nhiều.
Chất kết dính mới được làm từ
chất đồng trùng hợp gọi là bis-imino-acenaphthenequinone-paraphenylene (BP),
được đưa vào thử nghiệm như một phần của các mẫu pin nửa cell thử nghiệm, bảo vệ
anốt và kết dính với bộ gom dòng. Khi tiến hành thử nghiệm, nhóm đã quan sát
thấy nhiều mức tăng hiệu suất đáng kể, đáng chú ý nhất là khả năng duy trì dung
lượng của pin qua nhiều chu kỳ sạc.
“Trong khi một nửa cell sử dụng
PVDF làm chất kết dính chỉ còn 65% dung lượng ban đầu sau khoảng 500 chu kỳ
nạp-xả thì nửa cell còn lại sử dụng đồng trùng hợp BP làm chất kết dính cho thấy
khả năng duy trì 95% dung lượng sau hơn 1.700 chu kỳ ”, người đầu nghiên cứu,
Giáo sư Noriyoshi Matsumi chia sẻ.
Theo nhóm nghiên cứu, đây là kết
quả của sự ổn định cơ học và gắn kết tốt hơn giữa anốt và bộ gom dòng. Vật liệu
BP cũng dẫn điện tốt hơn và mỏng hơn so với PVDF được sử dụng ngày nay và không
phản ứng dễ dàng với chất điện phân, góp phần kéo dài tuổi thọ. Hình ảnh hiển vi
của chất kết dính cho thấy chỉ có các vết nứt nhỏ sau 1.700 chu kỳ nạp trái với
hình ảnh các vết nứt lớn trên chất kết dính PVDF chỉ sau 500 chu kỳ.
Vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn nữa
trước khi chúng ta có thể chứng kiến thiết kế mới được đưa vào các thiết bị
điện tử nhưng nhóm nghiên cứu mường tượng một ngày nào đó nó sẽ phục vụ nhiều
ứng dụng khác nhau bao gồm smartphone, ô tô điện và nội tạng nhân tạo.
“Hiện thực hóa các mẫu pin bền bỉ
sẽ giúp phát triển các sản phẩm đáng tin cậy hơn để sử dụng lâu dài. Điều này sẽ
khích lệ người tiêu dùng mua các tài sản dựa vào pin đắt tiền hơn như xe điện,
vốn có thể sử dụng được trong nhiều năm”, Matsumi cho biết.
LH (Viện KH&CN Nhật Bản)