Tìm ra nguyên nhân khiến pin sạc giảm tuổi thọ theo thời gian

Các thiết bị công nghệ hiện nay như laptop, smartphone hay máy ảnh đều sử dụng loại pin lithium-ion cung cấp điện năng. Pin lithium-ion (li-ion) có nhiều ưu điểm với khả năng tái sử dụng sau mỗi lần sạc. Tuy nhiên khi bạn sạc những viên pin này, tuổi thọ của chúng lại giảm đi một chút. Hầu hết các loại pin li-ion hiện nay có tuổi thọ khoảng 500 lần sạc và khi đó pin chỉ còn khoảng 20 – 30% dung lượng pin so với ban đầu.

Mới đây các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Lawrence Berkely, Brookhaven và Đại học Stanford đã thực hiện một nghiên cứu để tìm ra nguyên nhân khiến tuổi thọ của loại pin này giảm dần theo thời gian sử dụng. Qua đó, giúp tìm cách kéo dài tuổi thọ của chúng.

Khi những viên pin li-ion được sử dụng , những ion lithium (Li ) mang điện tích sẽ chạy từ cực dương sang cực âm trong một điện trường khô (không có dung môi nước). Quá trình này sẽ tạo ra nguồn điện giúp thiết bị hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình này, khi các ion Li di chuyển trong viên pin, chúng sẽ gây ra những biến đổi cấu trúc vật lý tại các điện cực. Đây chính là nguyên nhân chính làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng của viên pin.

Nhà khoa học vật liệu Huolin Xin, một trong những nhà khoa học đang nghiên cứu dự án này cho biết: "Chúng tôi đã phát hiện ra một hiện tượng đáng ngạc nhiên đã xảy ra ở cả 2 thành phần chính trong viên pin. Trái với các quan sát tổng thể trước đây, khi quan sát dưới kích thước nano, các ion Li đã gây ra sự xói mòn không đồng đều và tạo nên các lỗ hổng trên cấu trúc phân tử của vật liệu tại các điện cực. Quá trình này có thể hình dung tương tự như sự gỉ sét trên thép."

Mặt khác, trong quá trình sạc, các ion Li sẽ di chuyển qua cực âm và hình thành nên một lớp muối cách điện bám trên bề mặt. Chính lớp muối này đã làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng của toàn bộ viên pin. Houlin cũng cho biết thêm rằng qua quan sát dưới kính hiển vi điện tử, quá trình kết tinh muối quanh cực âm sẽ diễn ra càng nhanh khi điện áp đầu vào càng cao. Do đó, nếu điện áp sạc pin càng cao, pin càng suy giảm nhanh chóng.

Qua kết quả của nghiên cứu trên, các nhà khoa học đã tìm ra được nguyên nhân chính khiến tuổi thọ của các loại pin li-ion bị giảm qua một thời gian sử dụng, từ đó có thể tìm ra cách khắc phục giúp tăng cường tuổi thọ, số lần sạc của những loại pin trong tương lai. Houlin cho biết: "Chúng ta hoàn toàn có thể phủ một lớp chất chống kết tinh lên trên bề mặt của cực âm. Đó là một hợp chất dạng bột có kích thước nano được tạo thành từ công nghệ nano tiên tiến. Hiện tại, các chuyên gia tại phòng thí nghiệm Berkely đang thực hiện nghiên cứu chế tạo loại hợp chất này."

Pin li-ion ra đời đã phần nào làm thay đổi thế giới công nghệ và trở thành chuẩn mực năng lượng của các loại thiết bị điện tử cầm tay ngày nay. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần khắc phục và đang được các nhà nghiên cứu liên tục khám phá. Nếu loại hợp chất phủ nano được các nhà nghiên cứu phát triển thành công, đây sẽ là cuộc cách mạng trong việc chế tạo ra những thế hệ pin li-on mới với khả năng hoạt động ở hiệu suất cao trong thời gian dài hơn rất nhiều so với trước đây.

Tham khảo: Gizmodo