Theo báo chí nước ngoài, nhóm hóa học tại đại học Virginia Tech đã phát hiện ra một phương pháp quan sát các bề mặt của pin, nằm sâu bên trong lõi pin, phức tạp và chặt chẽ. Nhóm nghiên cứu do Feng Lin và Louis Madsen lãnh đạo. Nhà nghiên cứu Jungki Min cho biết: “Những bề mặt này tồn tại những thách thức quan trọng lâu dài. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng kiểm soát tốt hơn những bề mặt ẩn giấu này.”
(Nguồn hình ảnh: Đại học Virginia Tech)
Các thành viên trong nhóm đã tình cờ phát hiện ra một kỹ thuật hình ảnh mới, cho phép quan sát pin đang hoạt động từ bên trong. Ban đầu, các nhà nghiên cứu đã khảo sát một công thức mới cho vật liệu điện phân.
Vật liệu điện phân nằm giữa anốt (cực âm) và catốt (cực dương), và vật liệu này có thể chuyển các hạt mang điện (các ion) qua lại để thực hiện quá trình sạc và xả của pin. Vật liệu điện phân có nhiều tổ hợp thành phần khác nhau, bao gồm muối, dung môi và phụ gia. Chúng có thể ở thể lỏng, rắn, gel hoặc thậm chí là đa pha, nghĩa là vật liệu có thể thay đổi từ cứng sang mềm tùy theo điều kiện. Nhưng, chất liệu nào là tốt nhất cho nhiệm vụ vận chuyển điện tích này?
Đây là một trong những vấn đề quan trọng mà các nhà nghiên cứu đang thảo luận, đồng thời cũng là chìa khóa để phát triển pin năng lượng cao lâu dài và ổn định ở nhiệt độ cực đoan. Đây là những đặc tính quan trọng cho các thế hệ xe điện, thiết bị điện và các công nghệ cung cấp pin khác (trí tuệ nhân tạo).
Nơi năng lượng biến mất
Để trả lời cho câu hỏi này, các nhà nghiên cứu đã nhìn vào vật liệu điện phân polymer đa pha, có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong pin có cùng kích thước, đồng thời an toàn và chi phí thấp hơn so với pin truyền thống. Năm 2015, phòng thí nghiệm của Madsen đã phát hiện ra một loại điện phân đa pha được gọi là vật liệu composite ion phân tử. Nhóm của Madsen và Lin đã dựa trên công thức này để xây dựng pin lithium và sodium, và không ngừng cải tiến.
Tuy nhiên, có một số vấn đề phát sinh với sự phát triển kỳ lạ và những hành vi không tốt của pin. Những hành vi này xuất hiện tại giao diện giữa vật liệu điện phân và điện cực, còn được gọi là bề mặt pin. Trong vài năm qua, Min đã đến phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven nhiều lần để tìm hiểu nguyên nhân gây ra những hành vi kỳ lạ tại giao diện này. Dòng bức xạ X-ray hiệu quả của Brookhaven thường được sử dụng để phân tích các vật chất như thiên thạch và nấm, nhưng chưa bao giờ được dùng để quan sát vật liệu điện phân polymer.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách kết hợp những kết quả từ các công nghệ hình ảnh khác, họ có thể xác định chính xác nguồn gốc của vấn đề, đó là trong quá trình chu kỳ của pin, một phần của hệ thống hỗ trợ cấu trúc bị hỏng, cuối cùng dẫn đến sự cố. Tuy nhiên, điều này không chỉ đơn thuần là chẩn đoán. Từ bây giờ, các nhà nghiên cứu có thể tận dụng công nghệ này để thấy được cấu trúc phức tạp và phản ứng hóa học sâu trong giao diện.
Lin cho biết: “Đây là một sự hợp tác nổi bật giữa nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu. Bây giờ, các nhà nghiên cứu có những hình ảnh cơ học tốt, có thể được sử dụng để hướng dẫn tốt hơn thiết kế giao diện và pha trung gian trong pin polymer rắn.”
