Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Chế tạo pin lithium ion chống cháy (21/02/2014)

Trong nghiên cứu về vật liệu ngăn cản sinh vật biển bám đáy các con tàu, các nhà nghiên cứu do nhà hóa học Joseph DeSimore thuộc trường Đại học North Carolina, Hoa Kỳ dẫn đầu đã tìm ra biện pháp thay thế đáng ngạc nhiên cho bộ phận duy nhất vốn dễ bắt lửa của pin lithium-ion, đó là chất điện phân.

Nghiên cứu được công bố trên Kỷ yếu Viện hàn lâm khoa học quốc gia Hoa Kỳ tháng 2/2014, mở đường cho sự phát triển của pin lithium-ion thế hệ mới không tự động bốc cháy ở nhiệt độ cao. Phát hiện này còn có tiềm năng lấy lại lòng tin của người tiêu dùng đối với công nghệ đã thu hút sự quan tâm lớn, nhất là sau khi pin lithium gần đây đã bốc cháy trong máy bay Boeing 787 Dreamliners và ô tô Tesla Model S.

Ông DeSimore cho rằng nhu cầu pin lithium-ion lớn và cần phải sản xuất chúng an toàn hơn. Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã tìm cách thay thế chất điện phân này, nhưng chưa ai từng nghĩ đến sử dụng vật liệu perfluoropolyether hay PFPE làm chất điện phân chính trong pin lithium-ion.

Pin lithium-ion ngày nay cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị từ điện thoại di động, máy tính bảng và máy tính xách tay cho đến máy bay chở khách và xe điện plug-in, nhưng một chất lỏng vốn dễ bắt lửa lại được sử dụng làm chất điện phân. Các ion lithium di chuyển từ điện cực này sang điện cực khác qua chất điện phân, khi sạc pin. Nhưng khi pin được sạc quá đầy, chất điện phân có thể bắt lửa và pin tự động cháy.

Dominica Wong, nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của ông DeSimone cho rằng tự động cháy không phải là vấn đề quá lớn với các thiết bị di động kích thước nhỏ và được thay thế thường xuyên. Nhưng khi pin được tăng kích cỡ để sử dụng cho ô tô điện và máy bay, sự cố dễ bắt lửa sẽ lớn hơn rất nhiều và hậu quả sẽ thảm khốc.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã xác định các chất điện phân chống cháy thay thế dùng cho pin lithium-ion, nhưng chúng gây ảnh hưởng đến tính chất của các ion lithium.

Nghiên cứu mới được bắt đầu khi DeSimone phát hiện ra vật liệu PFPE, đang được nghiên cứu cho Cơ quan nghiên cứu hải quân để ngăn sinh vật biển bám đáy tàu, có cấu trúc hóa học tương tự như chất điện phân trùng hợp thường dùng cho pin lithium-ion. PFPE không phải là vật liệu mới, đây là polime từ lâu được sử dụng làm dầu nhờn cho bánh răng trong máy công nghiệp chạy êm.

Theo Wong, khi họ phát hiện có thể hòa tan muối lithium trong polime PFPE, đó là khi họ hòa trộn chúng lại với nhau. Hầu hết các loại polime không hòa tan với muối, nhưng polime này lại có thể và còn chống cháy. Đây là kết quả bất ngờ.

Hợp tác với các cộng sự thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California, nhóm các nhà khoa học đã nghiên cứu sự di chuyển của ion lithium trong chất điện phân và phát hiện ra các điện cực tương thích để lắp vào pin lithium-ion.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào tối ưu hóa độ dẫn điện của chất điện phân và cải thiện đặc điểm của chu kỳ pin cần có, trước khi một vật liệu mới được phát triển để sử dụng trong pin thương mại. Nếu thành công, pin thương mại còn có thể được dùng trong các môi trường rất lạnh giá như hoạt động hàng không vũ trụ và hoạt động hải quân dưới biển sâu.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Sciencedaily)