Chỉ một lớp phủ này đủ giúp pin kẽm “sống dai” hơn hàng nghìn giờ

Một nghiên cứu mới từ Đại học Concordia (Canada) đã phát triển một kỹ thuật sử dụng một lượng nhỏ vàng nano để kéo dài đáng kể tuổi thọ pin, giải quyết vấn đề lớn trong lưu trữ năng lượng: sự hình thành các nhánh tinh thể (dendrite). Các nhánh tinh thể này thường phát triển trong quá trình sạc, dẫn đến đoản mạch và hỏng pin.

Bài toán kéo dài tuổi thọ pin kẽm đã có lời giải.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng việc thêm một lớp mỏng các hạt nano vàng vào bề mặt bên trong của pin kẽm có thể giảm tới 50 lần sự hình thành các nhánh tinh thể so với pin không được xử lý. Sử dụng tia X siêu sáng từ Nguồn Sáng Canada (CLS) tại Đại học Saskatchewan, họ đã quan sát cách các hạt nano tương tác với bề mặt pin. Kết quả cho thấy ngay cả một lớp phủ tối thiểu cũng tạo ra tác động lớn, giúp pin hoạt động liên tục trong hơn 6.000 giờ.

Theo Seungil Lee, một trong những nhà nghiên cứu, việc phủ lớp lên điện cực đã được biết đến là giúp cải thiện hiệu suất pin. Tuy nhiên, số lượng nhỏ các hạt vàng cần thiết và cách chúng được sắp xếp trên bề mặt là một phát hiện mới và thú vị. Phương pháp này chỉ sử dụng chưa đến 10% bề mặt pin, nhờ vậy giúp giảm thiểu chi phí và vật liệu.

Một thành viên khác trong nhóm nghiên cứu, Ayse Turak, cho biết phương pháp sản xuất đặc biệt không yêu cầu điều kiện phòng thí nghiệm phức tạp và chỉ cần một lượng nhỏ vàng. Kết quả là, việc phủ các hạt vàng trở nên cực kỳ rẻ, chỉ bằng 1/100 giá của các lớp phủ vàng thông thường.

Sự sắp xếp của các hạt nano là yếu tố then chốt trong việc ngăn ngừa sự tích tụ không đồng đều của kẽm trong quá trình sạc. Turak cho biết: “Đó là một khám phá bất ngờ. Lượng vật chất trên bề mặt quá ít nên hầu như không thể xác định bằng bất kỳ phương pháp nào khác. Nhưng tia X tại CLS cung cấp tín hiệu mạnh, giúp chúng tôi xác nhận sự hiện diện và vị trí của nó”.

Nhóm nghiên cứu tin rằng phương pháp này có thể được mở rộng cho các ứng dụng thực tế nhờ vào quy trình sản xuất đơn giản và tiết kiệm. Họ đang tìm cách áp dụng kỹ thuật tương tự cho các hệ thống khác, bao gồm điện cực đồng cho pin không có cực dương thế hệ tiếp theo, cũng như trong các công nghệ như cảm biến, quang điện và hệ thống chiếu sáng. Nếu thành công, phương pháp này có thể cải thiện hiệu suất trên nhiều công nghệ năng lượng và điện tử mà không làm tăng chi phí đáng kể.