Các nhà khoa học tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) vừa công bố một khám phá mang tính đột phá, mở đường cho một thế hệ pin mới với công suất gấp đôi và có thể được ứng dụng trong điện thoại và xe điện chỉ trong vòng 5 năm tới.
Trong nhiều năm, pin lithium-kim loại được xem là "chén thánh" của ngành công nghệ năng lượng vì khả năng lưu trữ năng lượng gấp đôi so với pin lithium-ion phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, chúng có một nhược điểm chí mạng là tuổi thọ quá ngắn. Cho đến nay, không ai hiểu rõ chính xác nguyên nhân gốc rễ của vấn đề này.
Sắp có thể cải thiện độ bền vượt bậc cho pin lithium-kim loại.
Sau bốn năm nghiên cứu, đội ngũ tại UCLA đã phát triển thành công một kỹ thuật hình ảnh hóa đột phá gọi là eCryoEM. Phương pháp này cho phép họ "đóng băng" viên pin bằng nitơ lỏng ngay trong lúc sạc, từ đó lần đầu tiên quan sát được các phản ứng hóa học diễn ra bên trong ở cấp độ nguyên tử.
Bằng cách tạo ra một chuỗi hình ảnh "stop-motion" của quá trình sạc, các nhà khoa học đã phát hiện ra một sự thật mấu chốt, nguyên nhân chính khiến pin lithium-kim loại nhanh hỏng không phải do sự di chuyển của các electron, mà là do phản ứng hóa học giữa chất điện phân lỏng và bề mặt lithium kim loại, tạo ra một lớp ăn mòn không mong muốn.
Tác giả chính của nghiên cứu, Yuzhang Li, cho biết: "Các phát hiện cho thấy chúng ta nên dành nỗ lực kỹ thuật để làm cho chất điện phân lỏng trơ nhất có thể". Đây được xem là một "kim chỉ nam" rõ ràng, cung cấp cho các nhà sản xuất một con đường cụ thể để tạo ra những viên pin vừa mạnh mẽ vừa bền bỉ.
Khám phá này không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học. Trong bối cảnh Trung Quốc đang sản xuất gần 80% lượng pin lithium-ion toàn cầu, nghiên cứu của Mỹ có thể tạo ra một lợi thế cạnh tranh quan trọng trong cuộc đua công nghệ pin thế hệ tiếp theo.
Ngoài ra, kỹ thuật hình ảnh hóa eCryoEM còn hứa hẹn mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác như siêu tụ điện, chuyển đổi CO2 và thậm chí là nghiên cứu tế bào não để điều trị các chấn thương thần kinh.
Với khám phá này, giấc mơ về một chiếc điện thoại dùng nhiều ngày không cần sạc hay một chiếc xe điện có phạm vi hoạt động xa hơn đáng kể đã đến gần hơn bao giờ hết.
