Mới đây, nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Brown và Đại học Maryland phát triển một loại vật liệu mới có thể được sử dụng trong pin trạng thái rắn để cải thiện sự an toàn và năng lượng của pin truyền thống bằng cách thay thế chất lỏng thường được sử dụng trong các tế bào pin lithium-ion.
Vật liệu được tìm thấy mới đây là một loại sợi nano xenlulo, có dạng ống nano polyme có nguồn gốc từ gỗ. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nó có thể được kết hợp với đồng để tạo ra một vật liệu mỏng như giấy có độ dẫn ion tốt hơn từ 10-100 lần so với các chất dẫn ion polyme khác.
Sử dụng vật liệu từ thiên nhiên sẽ làm giảm tác động của quá trình sản xuất pin đối với môi trường sống của con người. (Ảnh: Kyoshino)
Liangbing Hu, giáo sư Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của Đại học Maryland cho biết: “Bằng cách kết hợp đồng với sợi nano xenluloza một chiều, chúng tôi đã chứng minh rằng xenluloza thường cách điện với ion cung cấp tốc độ vận chuyển lithium-ion nhanh hơn trong các chuỗi polyme".
Giảm tác động môi trường từ các thiết bị điện tử
Mặc dù chất điện phân lỏng trong pin lithium-ion thường hoạt động tốt nhưng chúng cũng đem lại những hậu quả nghiêm trọng. Ngoài việc được sản xuất bằng cách sử dụng các hóa chất độc hại, dễ cháy, chúng cũng có thể phát triển các sợi đuôi gai - những sợi kim loại liti cực nhỏ - ở dòng điện cao, dẫn đến đoản mạch. Pin thể rắn không gặp những vấn đề này và việc sản xuất chúng cũng không dựa vào việc khai thác lithium-ion, một chất có hại cho môi trường.
Theo đó, chất điện phân rắn mới có độ dẫn ion tương tự như các chất điện phân rắn khác được làm bằng gốm sứ và thực tế nó mỏng và không dễ bị nứt khi chịu áp lực như chất thay thế bằng gốm. Qi cho biết: “Các ion liti di chuyển trong chất điện phân rắn hữu cơ này thông qua các cơ chế mà chúng tôi thường tìm thấy trong gốm vô cơ, cho phép độ dẫn ion cao kỉ lục. Hơn nữa, sử dụng vật liệu từ thiên nhiên sẽ làm giảm tác động tổng thể của quá trình sản xuất pin đối với môi trường sống của con người".
Các nhà khoa học hy vọng công trình của họ sẽ giúp sản xuất hàng loạt pin thể rắn, một công nghệ có tiềm năng cải thiện tính bền vững của việc sản xuất pin. Đồng thời giúp tăng công suất lớn do mật độ năng lượng cao hơn. Điều quan trọng, sợi nano xenlulo là một loại sợi tự nhiên có thể tái tạo, do đó việc sản xuất sẽ không phá hủy hệ sinh thái tự nhiên trong quá trình tạo ra chất điện phân mới này.
