Thiết bị siêu âm cải thiện dung lượng và thời gian sạc của pin lithium

Thiết bị này được làm từ các linh kiện điện thoại thông minh ngoài luồng, tạo ra sóng âm thanh ở tần số cực cao – dao động từ 100 triệu đến 10 tỷ hertz. Trong điện thoại, các thiết bị này được sử dụng chủ yếu để lọc tín hiệu di động không dây và xác định và lọc các cuộc gọi thoại và dữ liệu. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng chúng thay vào đó để tạo ra một dòng chảy trong chất điện phân của pin. Tín dụng: David Baillot / Đại học California San Diego

Thiết bị này mang lại cho pin kim loại lithium một bước gần hơn với khả năng thương mại.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học California San Diego đã phát triển một thiết bị phát ra siêu âm mang lại pin kim loại lithium, hoặc LMBs, một bước gần hơn với khả năng thương mại. Mặc dù nhóm nghiên cứu tập trung vào LMBs, thiết bị có thể được sử dụng trong bất kỳ pin nào, bất kể hóa học. 

Công việc này cho phép sạc nhanh và pin năng lượng cao tất cả trong một. Thật thú vị và hiệu quả. – Lưu Lưu

Thiết bị mà các nhà nghiên cứu phát triển là một phần không thể thiếu của pin và hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm để tạo ra dòng điện tuần hoàn trong chất lỏng điện phân được tìm thấy giữa cực dương và cực âm. Điều này ngăn chặn sự hình thành của sự tăng trưởng kim loại lithium, được gọi là đuôi gai, trong quá trình sạc dẫn đến giảm hiệu suất và ngắn mạch trong LMBs.

Thiết bị này được làm từ các linh kiện điện thoại thông minh ngoài luồng, tạo ra sóng âm thanh ở tần số cực cao, dao động từ 100 triệu đến 10 tỷ hertz. Trong điện thoại, các thiết bị này được sử dụng chủ yếu để lọc tín hiệu di động không dây và xác định và lọc các cuộc gọi thoại và dữ liệu. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng chúng thay vào đó để tạo ra một dòng chảy trong chất điện phân của pin.

Những tiến bộ trong công nghệ điện thoại thông minh thực sự là những gì cho phép chúng tôi sử dụng siêu âm để cải thiện công nghệ pin, James Friend, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Trường Kỹ thuật Jacobs tại UC San Diego và tác giả của nghiên cứu cho biết.

Thiết bị mà các nhà nghiên cứu phát triển là một phần không thể thiếu của pin và hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm để tạo ra dòng điện tuần hoàn trong chất lỏng điện phân được tìm thấy giữa cực dương và cực âm. Điều này ngăn chặn sự hình thành của sự tăng trưởng kim loại lithium, được gọi là đuôi gai, trong quá trình sạc dẫn đến giảm hiệu suất và ngắn mạch trong LMBs. Tín dụng: David Baillot / Đại học California San Diego

Hiện tại, LMB chưa được coi là một lựa chọn khả thi để cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ xe điện đến điện tử vì tuổi thọ của chúng quá ngắn. Nhưng những pin này cũng có dung lượng gấp đôi pin lithium-ion tốt nhất hiện nay. Ví dụ, xe điện chạy bằng kim loại lithium sẽ có phạm vi gấp đôi so với xe chạy bằng pin lithium-ion, cho cùng trọng lượng pin.

Các nhà nghiên cứu cho thấy một pin kim loại lithium được trang bị thiết bị có thể được sạc và xả trong 250 chu kỳ và pin lithium-ion trong hơn 2000 chu kỳ. Pin được sạc từ 0 đến 100 phần trăm trong 10 phút cho mỗi chu kỳ.

Ping Công việc này cho phép sạc nhanh và pin năng lượng cao tất cả trong một, Ping Liu, giáo sư về kỹ thuật nano tại trường Jacobs và tác giả cao cấp khác của tờ báo cho biết. Đây là một hoạt động thú vị và hiệu quả.

Hầu hết các nỗ lực nghiên cứu pin tập trung vào việc tìm kiếm hóa học hoàn hảo để phát triển pin lâu hơn và sạc nhanh hơn, Liu nói. Ngược lại, nhóm UC San Diego đã tìm cách giải quyết một vấn đề cơ bản: thực tế là trong pin kim loại truyền thống, chất lỏng điện phân giữa cực âm và cực dương là tĩnh. Kết quả là, khi pin sạc, lithium-ion trong chất điện phân bị cạn kiệt, nhiều khả năng lithium sẽ lắng đọng không đều trên cực dương. Điều này đến lượt nó gây ra sự phát triển của các cấu trúc giống như kim gọi là đuôi gai có thể phát triển không được kiểm soát từ cực dương về phía cực âm, khiến pin bị đoản mạch và thậm chí bắt lửa. Sạc nhanh tăng tốc hiện tượng này lên.

Các nhà nghiên cứu cho thấy một pin kim loại lithium được trang bị thiết bị có thể được sạc và xả trong 250 chu kỳ và pin lithium-ion trong hơn 2000 chu kỳ. Pin được sạc từ 0 đến 100 phần trăm trong 10 phút cho mỗi chu kỳ. Tín dụng: David Baillot / Đại học California San Diego

Bằng cách truyền sóng siêu âm qua pin, thiết bị làm cho chất điện phân chảy, bổ sung lithium trong chất điện phân và làm cho nhiều khả năng lithium sẽ hình thành đồng nhất, dày đặc trên cực dương trong quá trình sạc.

Phần khó nhất của quá trình là thiết kế thiết bị, An Huang, tác giả đầu tiên của bài báo và bằng tiến sĩ cho biết. sinh viên ngành khoa học vật liệu tại UC San Diego. Thách thức là làm việc ở quy mô cực nhỏ, tìm hiểu các hiện tượng vật lý liên quan và tìm ra cách hiệu quả để tích hợp thiết bị bên trong pin.

Haodong Liu, đồng tác giả của bài báo và là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về nano ở trường Jacobs cho biết, bước tiếp theo của chúng tôi sẽ là tích hợp công nghệ này vào pin lithium-ion thương mại.

Công nghệ này đã được cấp phép từ UC San Diego bởi Matter Labs, một công ty phát triển công nghệ có trụ sở tại Ventura, California. Giấy phép không độc quyền.