Các nhà khoa học của Phòng nghiên cứu Brookhaven thuộc Bộ Năng lượng Mỹ đã phát hiện một hiện tượng lạ trong pin lithium-ion, loại pin phổ biến nhất hiện nay thường được dùng để cấp năng lượng cho điện thoại và các xe điện, từ đó mở ra triển vọng chế tạo loại pin sạc được nhanh hơn và có tuổi thọ lâu hơn.
Nghiên cứu mới nhất cho thấy khi pin phát ra dòng điện, mật độ lithium bên trong các hạt siêu nhỏ có thể đảo ngược tại một điểm nhất định, thay vì không ngừng tăng lên. Đây là bước tiến lớn trong việc cải thiện tuổi thọ của pin trong các thiết bị điện tử tiêu dùng. Phát hiện trên đã được công bố trên tạp chí khoa học Science Advances.
Dung lượng hạn chế của pin khiến người dùng điện thoại phải sạc pin mỗi ngày. (Ảnh minh họa).
Hiện nay, dung lượng hạn chế của pin khiến người dùng điện thoại phải sạc pin mỗi ngày. Tuy nhiên, phát hiện mới này có thể giúp phát triển loại pin sạc nhanh hơn và bền lâu hơn. Trong mỗi pin lithium-ion là những hạt có nguyên tử được sắp xếp thành hình lưới, một kết cấu theo chu kỳ với các lỗ hổng giữa những nguyên tử.
Khi pin lithium-ion sản sinh ra điện, các ion lithium sẽ di chuyển vào những khu vực trống trong lưới nguyên tử này. Trước đây, các nhà khoa học cho rằng mật độ của lithium sẽ không ngừng tăng lên trong lưới này. Trên thực tế, điều này không đúng khi điện của pin được tạo ra từ các hạt có kích thước siêu nhỏ.
Hiện tượng trên giống như khi chúng ta nhúng miếng bọt biển vào nước, mật độ chung của lithium sẽ không ngừng tăng lên trong hạt siêu nhỏ. Tuy nhiên, khác với nước, lithium có thể tự do di chuyển ra khỏi một số khu vực, khiến mật độ lithium không trải đều trên mặt lưới nguyên tử.
Các nhà khoa học giải thích rằng việc di chuyển không đồng đều của lithium có thể kéo dài, dẫn đến những tác động tiêu cực, khiến pin bị quá tải khi vận hành. Trước khi lithium vào lưới, kết cấu của nó là đồng nhất. Tuy nhiên, lithium đã kéo dãn lưới khi vào trong và khiến lưới bị thu lại khi ra khỏi.
Như vậy, mỗi lần sạc sẽ khiến pin bị hao mòn và các thành phần hoạt động bị quá tải, làm chất lượng pin giảm đi theo thời gian. Do đó, điều quan trọng là phải nắm được cách thức mật độ lithium tác động lên không gian lẫn thời gian.
Mặc dù nghiên cứu chỉ tập trung vào pin lithium-ion, song các nhà khoa học cho rằng hiện tượng này có thể xảy ra với các pin có hiệu suất cao khác.