Pin nhẹ hơn, sạc nhanh hơn được tạo ra có thể giúp khám phá sao Hỏa dễ dàng hơn

Nghiên cứu do NASA tài trợ gần đây đã được báo cáo trên một tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.

Nghiên cứu điện khí hóa của các nhà khoa học Đại học Clemson có thể dẫn đến việc tạo ra các loại pin nhẹ hơn, sạc nhanh hơn, phù hợp để cung cấp năng lượng cho bộ đồ không gian, hoặc thậm chí là tàu thám hiểm sao Hỏa .

Nghiên cứu do NASA tài trợ gần đây đã được báo cáo trong một bài báo có tiêu đề “Cực dương Si ba chiều với khuếch tán nhanh, công suất cao, khả năng tốc độ cao và vòng đời dài” xuất hiện trên tạp chí Vật liệu ứng dụng và giao diện của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ . Các tác giả của nó bao gồm Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao và Ramakrishna Podila, tất cả đều thuộc Viện Vật liệu nano Clemson (CNI).

Podila, một trợ lý giáo sư tại khoa vật lý và thiên văn của trường Cao đẳng Khoa học, cho biết loại pin mới mang tính cách mạng này có thể sớm được sử dụng trong các vệ tinh của Mỹ.

“Hầu hết các vệ tinh chủ yếu lấy năng lượng từ mặt trời,” Podila nói. “Nhưng các vệ tinh phải có khả năng lưu trữ năng lượng khi chúng ở trong bóng của Trái đất. Chúng tôi phải làm cho pin càng nhẹ càng tốt, bởi vì vệ tinh càng nặng thì nhiệm vụ của nó càng tốn kém ”.

Podila nói rằng để hiểu được những bước đột phá của nhóm, bạn có thể hình dung cực dương graphit trong pin lithium-ion như một bộ bài, trong đó mỗi quân bài tượng trưng cho một lớp graphit dùng để lưu trữ điện tích cho đến khi cần dùng điện. Podila nói, vấn đề là “than chì không thể lưu trữ nhiều điện tích”.

Nhóm Clemson đã chọn làm việc với silicon, chất có thể tích điện nhiều hơn, có nghĩa là có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong các tế bào nhẹ hơn. Trong khi các nhà khoa học từ lâu đã đánh giá cao khả năng lưu trữ điện của silicon, vật liệu này bị vỡ thành nhiều mảnh nhỏ hơn khi nó tích điện và phóng điện. Giải pháp mà nhóm đưa ra liên quan đến việc sử dụng các hạt “nano” silicon cực nhỏ, giúp tăng độ ổn định và cung cấp vòng đời dài hơn. Thay vì một bộ bài làm bằng than chì, pin mới sử dụng các lớp vật liệu ống nano carbon được gọi là Buckypaper, với các hạt nano silicon được kẹp ở giữa.

Với loại bao bì bên trong đó, ngay cả khi các hạt silicon vỡ ra, chúng vẫn “nằm trong bánh sandwich”, Podila nói.

Shailendra Chiluwal, một sinh viên tốt nghiệp tại CNI và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Các tấm ống nano carbon giữ cho các hạt nano silicon liên kết điện với nhau. “Các ống nano này tạo thành một cấu trúc gần như ba chiều, giữ các hạt nano silicon lại với nhau ngay cả sau 500 chu kỳ và giảm thiểu điện trở phát sinh do sự phá vỡ của các hạt nano”.

Việc sử dụng pin làm từ silicon và các vật liệu nano khác không chỉ giúp tăng dung lượng mà còn cho phép sạc pin ở dòng điện cao hơn, dẫn đến thời gian sạc nhanh hơn. Như bất kỳ ai từng bị chết điện thoại giữa chừng đều biết, đây là một tính năng quan trọng đối với công nghệ pin.

Có thể sạc nhanh hơn vì pin mới cũng sử dụng ống nano làm cơ chế đệm cho phép sạc với tốc độ nhanh hơn bốn lần so với hiện tại.

Pin nhẹ hơn sạc nhanh hơn và tăng hiệu suất đáng kể sẽ không chỉ mang lại lợi ích cho các phi hành gia mặc bộ đồ chạy bằng pin mà còn cho các nhà khoa học và kỹ sư, những người phải đưa các phi hành gia đến đích.

“Silicon làm cực dương trong pin lithium-ion đại diện cho ‘chén thánh’ đối với các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này,” Rao, giám đốc CNI và điều tra viên chính về khoản tài trợ của NASA cho biết. Rao cũng cho biết các loại pin mới sẽ sớm được đưa vào xe điện.

“Mục tiêu tiếp theo của chúng tôi là hợp tác với các đối tác công nghiệp để dịch công nghệ dựa trên phòng thí nghiệm này ra thị trường,” Podila, tác giả tương ứng của nghiên cứu và là đồng điều tra viên của NASA cho biết. “Chúng tôi rất cảm ơn NASA và South Carolina EPSCoR đã trao giải thưởng để thực hiện các dự án như vậy sẽ có tác động lâu dài đến các sứ mệnh không gian và cảnh quan năng lượng toàn cầu.”

Theo SciTechDaily