Pin thể rắn từ lâu đã được coi là "chén thánh" của ngành năng lượng với hứa hẹn thay thế pin lithium-ion lỏng dễ cháy. Tuy nhiên, tốc độ sạc chậm chạp do giới hạn vật lý luôn là rào cản lớn nhất ngăn cản nó phổ biến. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Kennesaw State (Mỹ) tuyên bố đã giải quyết được bài toán này, và điều thú vị là nó bắt nguồn từ một sự cố trong phòng thí nghiệm.
Ảnh minh họa.
Biến đường sạc từ "ổ gà" thành "cao tốc"
Vấn đề cốt lõi của pin thể rắn là các ion lithium di chuyển rất khó khăn qua vật liệu rắn, dẫn đến hiệu suất thấp và tốc độ sạc chậm. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Beibei Jiang dẫn đầu đã phát triển một loại chất điện phân rắn composite (kết hợp gốm và polymer) được biến tính bằng lưu huỳnh (Sulfur).
PGS. Jiang ví von một cách dễ hiểu: "Các ion lithium giống như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Sự điều chỉnh bằng lưu huỳnh của chúng tôi giống như việc trải nhựa làm phẳng con đường đó, giúp các xe (ion) phóng đi nhanh hơn, đồng nghĩa với việc pin sạc nhanh hơn và hiệu suất cao hơn".
Công nghệ này không chỉ giúp tăng tốc độ sạc mà quan trọng hơn, nó loại bỏ hoàn toàn chất điện phân lỏng dễ cháy, giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ quá nhiệt, đoản mạch hay hỏa hoạn trên xe điện và các thiết bị điện tử cá nhân.
Phát hiện "vàng" từ một phản ứng mất kiểm soát
Điểm nhấn của nghiên cứu này nằm ở sự tình cờ. Trong những thử nghiệm ban đầu, các sinh viên đã hoảng hốt khi thấy một phản ứng hóa học diễn ra chỉ trong vài giây và nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát. Thay vì vứt bỏ mẫu thử hỏng, nhóm nghiên cứu đã đi sâu phân tích và phát hiện ra một "kho báu" là sự tương tác cực mạnh giữa lưu huỳnh và zirconium trong phần gốm của chất điện phân.
Theo nhóm nghiên cứu, đây là lần đầu tiên tương tác này được ghi nhận trong lĩnh vực pin thể rắn, và nó chính là chìa khóa giúp giảm điện trở bề mặt, khơi thông dòng chảy cho các ion lithium.
Ảnh minh họa.
Tương lai của năng lượng xanh
Hiện tại, dự án đang nhận được tài trợ 200.000 USD từ Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ (NSF). Các thử nghiệm trên mẫu pin cúc áo (coin-cell) đang cho thấy những tín hiệu tích cực về độ ổn định và tin cậy.
Nếu công nghệ này được chứng minh có thể sản xuất đại trà, chúng ta sẽ sớm được chứng kiến những chiếc xe điện sạc đầy trong tích tắc và an toàn tuyệt đối, chấm dứt nỗi ám ảnh về những vụ cháy pin kinh hoàng thời gian qua.
