Điện cực có khả năng phục hồi làm tăng tuổi thọ của pin

Các nhà khoa học đang nghiên cứu những nguyên liệu thay thế cho các điện cực của pin để làm tăng tính hiệu quả của các loại pin lithium-ion. Một trong những nguyên liệu đó là silicon. Vấn đề là các điện cực thường phồng lên và co lại mỗi khi hấp thụ và thải ra các ion lithium, điều đó làm tuổi thọ pin giảm dần theo thời gian. Điều tương tự cũng xảy ra đối với silicon, loại nguyên liệu vốn dĩ đã rất giòn.Tuy nhiên, các nhà khoa học đã tiến hành phát triển một lớp phủ polymer có khả năng co dãn dành cho các điện cực này, có khả năng làm liền các vết nứt sau mỗi lần sử dụng.

Lớp phủ polymer này được tạo ra trong phòng thí nghiệm của giáo sư Zhenan Bao, đại học Stanford, bởi một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ trường đại học Stanford và phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia SLAC của Ban Năng Lượng. Nó kết hợp một loại vật liệu dẻo mà Bao và các cộng sự của ông đã nghiên cứu trước đó để dùng làm lớp da cho rô-bốt và các bộ phận giả như tay, chân. Trong quá trình áp dụng, các hạt nano carbon được thêm vào để làm tăng tính dẫn điện của polymer.

Khi các điện cực silicon được phủ một lớp chất liệu đó, nó có thể duy trì thời gian hoạt động lâu hơn 10 lần so với khi chưa được phủ lớp bảo vệ bên ngoài. Những vết nứt nhỏ sau khi xuất hiện trên bề mặt polymer sẽ được dính liền lại trong vài giờ sau đó.

Một tấm ảnh hiển vi điện tử cho thấy các vết nứt trên bề mặt polymer (ảnh trái) và
nó được dính liền lại chỉ trong 5 giờ đồng hồ (ảnh phải)

Khả năng tự liền lại của các loại vật liệu là có thể nhưng lại làm một số liên kết hóa học trở nên yếu đi, làm chúng dễ vỡ hơn nhưng cũng làm cho các rìa đó liên kết trở lại với nhau. Các phân tử sinh học như DNA cũng trải qua một quá trình tương tự.

Trong các thí nghiệm, điện cực silicon được phủ ngoài có thể trải qua 100 chu trình. “Điều đó vẫn còn khá xa so với 500 vòng của pin điện thoại và 3,000 vòng đối với các loại xe điện, nhưng điều đáng quý từ tất cả những dữ liệu mà chúng tôi thu thập được thì có vẻ như nó đang hoạt động tốt.” Giáo ưu Yi Cui, cộng sự cùngtham gia nghiên cứu cho biết.

Hơn nữa, các nhà khoa học tin rằng polymer cũng có thể được dùng để phủ các điện cực làm từ chất liệu khác bên cạnh silicon.

Thanh Thảo (TheoGizmag.com)