Công trình nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Materials này thách thức những luận điểm cổ hủ cho rằng sạc pin chậm sẽ giúp kéo dài thời lượng pin và sạc pin quá nhanh sẽ gây tổn hại tới pin.
"Chúng tôi đã luôn nghĩ pin là một thiết bị duy nhất, nhưng bên trong một thỏi pin (ví dụ của iPhone) có chứa hàng nghìn tỷ hạt mang điện", William Chueh, nhà nghiên cứu Vật liệu và Khoa học năng lượng tại Viện nghiên cứu Stanford, tác giả chính của bài báo cho biết.
"Chúng tôi, một hội đồng các nhà khoa học, đã nghiên cứu ở tầm vĩ mô về cách mà toàn bộ thỏi pin hoạt động, nhưng nghiên cứu của chúng tôi nhìn vào từng hạt nhân riêng lẻ để tìm ra mô hình cách thức hoạt động của nó", Chueh nói.
Chueh và nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy gia tốc hạt tại Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia SLAC của Bộ Năng lượng để quan sát cách các hạt nano riêng lẻ hoạt động khi pin được sạc và xả. Đây là lần đầu tiên quá trình này được quan sát và ghi lại ở mức chi tiết như vậy.
Dòng điện không được phân bố đều ra các hạt để dần dần sạc cho tất cả các hạt mà bị hấp thụ bởi các hạt đơn lẻ hoặc các nhóm hạt nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn cho tới khi mỗi hạt được sạc đầy, sau đó dòng điện được chuyển sang hạt kế tiếp. Pin được sạc hiệu quả qua từng hạt bằng một loạt các quá trình sạc cực nhanh. Các nhà nghiên cứu rất ngạc nhiên bởi vì sạc nhanh được cho là gây tổn hại cho pin.
"Trong 10 hoặc 20 năm qua, chúng ta luôn cho rằng sạc càng chậm thì càng giảm nhiệt lượng trong pin và giúp kéo dài thời lượng và độ bền của pin. Nhưng sau những gì chúng tôi thấy trong nghiên cứu này thì có thể kết luận quan điểm trên không hoàn toàn chính xác", Chueh nói.
 |
Với những kiến thức mới khám phá được, các nhà nghiên cứu đang đề xuất một số cách sạc pin thống nhất hơn, một sự thay đổi có thể kéo dài độ bền của pin lithium-ion từ hai năm tới khoảng 10 năm. Cách sạc thống nhất, dù nhanh hay chậm, gây ra ít nhiệt cục bộ có thể giúp tăng độ bền của pin.
Các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách cách để sạc và xả pin nhanh hơn mà không gây hại cho pin.
Nghiên cứu này có thể mang lại lợi ích cho nhiều thiết bị như xe điện, bởi người dùng thường mất vài giờ để sạc pin cho chúng. Nếu có thể giảm thời gian sạc, người lái xe sẽ không phải mất nhiều thời gian nghỉ giữa quãng chờ sạc trên hành trình dài.
Nhưng trước tiên, nhóm nghiên cứu cần phải thực hiện nhiều thử nghiệm hơn nữa. Đặc biệt, họ sẽ phải chạy điện cực của pin thông qua hàng ngàn lần sạc xả để mô phỏng quá trình sử dụng điển hình và đo lường hiệu suất. Các cuộc đàm phán với các công ty sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng và ngành công nghiệp ô tô đã bắt đầu diễn ra.
Nhóm nghiên cứu bao gồm các thành viên đến từ Viện Công nghệ Massachusetts, Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, Viện nghiên cứu Cao cấp Samsung, Học viện Công nghệ Mỹ và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley.
