|
|
| Nổ pin là mối lo ngại của những người dùng điện thoại (Ảnh Google) |
Các loại pin lithium-ion năng lượng cao nhìn chung là dễ vỡ và nếu như hợp chất hóa học của các loại pin này bị ảnh hưởng bởi dòng điện chạy qua, nó có thể gây phản ứng hóa học dẫn đến nổ pin. Nhưng tại sao pin lại nổ? Một nhóm các nhà nghiên cứu đã sử dụng một công nghệ có tên là hiển vi điện tử cryo (cryo-electron microscopy) để xem xét những gì xảy ra bên trong các cục pin trong quá trình này.
Các nhà khoa học chuyên về phát triển pin cho rằng dendrite tăng lên gây ra các vụ nổ. Nhưng dendrite là gì? Đó là những cấu trúc tinh thể vi mô hình thành do các phản ứng hóa học xảy ra khi một nguồn điện vượt mức chạy qua pin lithium-ion.
Nhóm nghiên cứu này đã trình bày các phát hiện của họ trong một báo cáo có tên là “cấu trúc nguyên tử của các chất liệu pin nhạy và các mặt trung gian lộ ra trước cryo-electron microscopy” xuất bản hôm thứ 6 trên Tạp chí Science Journal, trình bày những quan sát đầu tiên cấp nguyên tử về dendrite. Nghiên cứu này đã chỉ ra cách dendrite có thể chọc thủng các lớp rào cản trong các đoạn khác nhau của cục pin như thế nào, điều này chắc chắn gây ra một mạch ngắn. Nghiên cứu chứng minh rằng dendrite thực sự là một tinh thể hình lục giác, và chúng không giống với các tinh thể có kết cấu không bình thường như khi được soi qua kính hiển vi điện tử.
Các nhà nghiên cứu đã làm đông lạnh các cục pin mật độ cao ở các điểm khác nhau trong các chu trình xả và loại bỏ các thành phần khác nhau để xem xét ảnh hưởng như thế nào. Bằng cách sử dụng một kính hiểu vi cường độ cao, họ có thể tính toán được cục pin đó phản ứng thế nào ở mức độ nguyên tử.
“Với cryo-electron microscopy, bạn có thể thấy được một chất liệu dễ vỡ và không ổn định về mặt hóa học và bạn có thể giữ được tình trạng nguyên thủy của nó – hiện tượng giống như trong một cục pin thực sự - và xem xét nó dưới độ phân giải cao”, giáo sư và là trưởng bộ phận nghiên cứu Yi Cui cho biết.
Những phát hiện của nghiên cứu này rất quan trọng bởi chúng thực sự có thể giúp ta thiết kế các loại pin an toàn hơn trong tương lai. Khi đã biết được dendrite hình thành như thế nào và tại sao lại hình thành, chúng ta có thể nghiên cứu để tránh hiện tượng này và từ đó sản xuất các thiết bị an toàn hơn. Bởi pin lithium-ion đang được sử dụng không chỉ trong các loại điện thoại và laptop, mà thậm chí còn được sử dụng trong các loại xe điện như là Nissan Leaf và Tesla Model 3, nên các các loại pin an toàn hơn đang là nhu cầu thiết yếu hàng giờ.
Các công ty công nghệ như Samsung đang rất chú ý tới các khái niệm pin mới như là các loại pin rắn, các loại pin này ít có khả năng hình thành dendrite hoạt tính do nó có trạng thái rắn, giúp loại bỏ các phản ứng hóa học trong pin. Một số nhà khoa học thậm chí đang nghiên cứu về các mẫu thiết bị không cần pin.
Tuy nhiên, do các giải pháp này vẫn còn lâu mới được đưa vào ứng dụng thương mại, nên các nhà khoa học đang phải nghiên cứu hơn nữa, chúng ta có thể hy vọng về những cục pin an toàn hơn trong tương lai gần.