Đại học California tạo ra màng ngăn pin mới để tránh tình trạng pin quá nóng gây nổ bằng cách sử dụng lưới ống nano carbon

著者：Iflowpower – Olupese Ibusọ Agbara to ṣee gbe

Kỹ sư nano của Đại học California San Diego đã phát triển một tính năng an toàn giúp ngăn pin kim loại lithium nóng lên và phát nổ đột ngột khi bị đoản mạch. Liu Ping, giáo sư kỹ thuật nano đến từ California, San Diego, đã công bố một bài báo trên tạp chí "Advanced Materials", đăng trên tạp chí "Advanced Materials", giới thiệu chi tiết về công trình của mình. Pin kim loại lithium có tiềm năng lớn về hiệu suất, nhưng dễ hỏng ở dạng hiện tại.

Điều này là do sự phát triển của cấu trúc kim gọi là tinh thể dạng cây, dạng cây được hình thành trên cực dương sau khi pin được sạc và lớp phân cách có thể bị xuyên thủng, và lớp phân cách được hình thành giữa cực dương và cực âm. Rào cản, làm chậm dòng năng lượng và nhiệt. Khi vật cản này bị phá hủy và các electron có thể di chuyển tự do hơn, chúng sẽ tạo ra nhiều calo hơn và mọi thứ sẽ mất kiểm soát, khiến pin quá nhiệt, hỏng, cháy, thậm chí phát nổ.

Các nhà khoa học đang tìm cách giải quyết những vấn đề này trong pin kim loại lithium theo nhiều cách khác nhau, trong đó sử dụng lớp bảo vệ siêu âm hoặc lớp bảo vệ đặc biệt chỉ là một số ít khả năng. Nhóm nghiên cứu đã làm sạch phần pin được gọi là màng ngăn. Màng ngăn là một rào cản giữa điện cực dương và điện cực âm, do đó khi pin yếu, năng lượng tích tụ trong pin (tức là nhiệt) sẽ chảy chậm lại.

Tác giả đầu tiên của luận án sửng sốt: "Chúng ta không cố gắng ngăn ngừa tình trạng hỏng pin. Chúng tôi chỉ làm cho pin an toàn hơn, do đó khi pin bị hỏng, pin sẽ không bắt lửa hoặc phát nổ. Pin lithium kim loại Sau khi sạc nhiều lần, cực dương sẽ xuất hiện ở cực dương.

Theo thời gian, sự phát triển của nhánh cây đủ dài, xuyên qua màng ngăn, tạo nên cầu nối giữa cực dương và cực âm, gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong. Khi điều này xảy ra, dòng electron giữa hai điện cực bị mất kiểm soát, khiến pin quá nóng và ngừng hoạt động. Nhóm nghiên cứu tại Đại học California San Diego về cơ bản đã cảm thấy nhẹ nhõm.

Một mặt bao phủ một lớp mỏng, mạng lưới ống nano carbon dẫn điện một phần, có thể ngăn chặn mọi sự hình thành của các nhánh cây. Khi một sợi dendrit dán màng ngăn và chạm vào lưới ống nano cacbon, mạch điện tử sẽ có một kênh có thể xả chậm, không trực tiếp đến cực âm. Gonzalez sẽ so sánh bộ tách pin mới với đường thoát nước trên đập.

Ông cho biết: "Khi đập bắt đầu được đệm, bạn sẽ mở cửa tràn, để một ít nước chảy ra theo cách có thể kiểm soát được. Theo cách này, khi đập thực sự được xây dựng xong, sẽ không có nhiều nước có thể gây ra lũ lụt. Đây chính là ý tưởng về bộ tách của chúng tôi, giúp giảm đáng kể tốc độ xả điện tích, ngăn ngừa tình trạng "ngập lụt" điện tử ở cực âm.

Khi sợi nhánh bị lớp dẫn điện của bộ tách chặn lại, pin sẽ bắt đầu xả, do đó khi pin yếu, sẽ không có đủ năng lượng để gây nguy hiểm. "Các nghiên cứu về pin khác tập trung vào việc ngăn chặn sự xâm nhập của các nhánh cây bằng vật liệu đủ bền. Nhưng Gonzalez cho biết vấn đề của cách tiếp cận này là nó chỉ mang lại những kết quả tất yếu.

Các bộ tách này vẫn cần có lỗ để cho các ion đi qua để pin hoạt động. Do đó, khi cây cuối cùng đi qua, hiện tượng đoản mạch sẽ trở nên tồi tệ hơn. Trong thử nghiệm, pin kim loại lithium được lắp trong bộ tách mới cho thấy dấu hiệu hỏng dần sau 20 đến 30 chu kỳ.

Đồng thời, pin và bộ tách thông thường (và hơi dày) đột nhiên gặp lỗi trong một chu kỳ. "Trong trường hợp thực tế, bạn sẽ không có bất kỳ cảnh báo nào về việc pin sắp hỏng. Giây trước có thể ổn, nhưng giây tiếp theo sẽ bắt lửa hoặc chập mạch hoàn toàn.

"Điều này là không thể đoán trước được", Gonzalez nói. "Nhưng với máy phân tách của chúng tôi, bạn sẽ được cảnh báo trước rằng tình hình sẽ tệ hơn, tệ hơn, tệ hơn, ngày càng tệ hơn. "Mặc dù trọng tâm của nghiên cứu này là pin kim loại lithium, các nhà nghiên cứu cho biết chất tách này cũng có thể được sử dụng trong các ion lithium và các phản ứng hóa học khác của pin.

Nhóm nghiên cứu sẽ cam kết tối ưu hóa việc sử dụng máy tách cho mục đích thương mại. Đại học California San Diego đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời cho nghiên cứu này.