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