Pin Li-ion di động chỉ cần 10 phút sạc

Pin lithium-ion trong thiết bị điện tử cầm tay sử dụng vật liệu silicon để thay thế than chì làm cực dương đã đạt được nhiều thành công nhất định. Những smartphone được thử nghiệm với loại pin này không phải sạc quá nhiều và có thời lượng sử dụng cao gấp nhiều lần.

Vật liệu Silicon sử dụng làm cực dương trong pin có công dung lượng lý thuyết (khả năng lưu trữ điện) đạt 4000 mA/giờ cho mỗi gram (mAh/g). Vật liệu này cho thấy sự vượt trội so với than chì chỉ đạt 372mAh/g. Tuy nhiên một vấn đề lớn đã nảy sinh là silicon làm giảm chu kì sạc/xả.

Các tinh thể silicon có thể bị phá vỡ bởi việc căng phồng lên và co lại sau mỗi chu kì lặp đi lặp lại. Chu kỳ vòng đời là một trong các thông số quan trọng để sản xuất các cực dương. Giải pháp vật liệu nano có thể hỗ trợ silicon là một chất liệu cực dương khá nan giải khi bài toán được đặt ra là khả năng ngăn chặn sự đổ vỡ vật liệu mà vẫn duy trì lưu trữ cao.

Thời gian sạc/xả ảnh hưởng đến việc sử dụng silion làm vật liệu cực dương.

Hàng loạt nỗ lực nghiên cứu để áp dụng cấu trúc nano silicon lên cực dương của pin Li-ion trong thời gian qua và hiện nay các nhà nghiên cứu tại Đại học California Riverside (UC) đã tạo ra nhiều hi vọng cho vấn đề này. Thay vì sử dụng cấu trúc nano silic, họ đã phân tán các hạt silicon vào cấu trúc của Nano. Các nhà nghiên cứu cho rằng, cực dương sử dụng kiến trúc này sẽ cho một pin Li-on sử dụng trong các thiết bị điện tử di động chỉ cần sạc trong 10 phút.Các nhà nghiên cứu UC Riverside đã phát triển một cụm hình nón ba chiều của ống nano carbon có silicon nằm rải rác để tạo thành cực dương cho pin Li-ion. Cực dương này đã tạo ra một pin Li-ion có công suất 1954 mAh/g, cao hơn gấp 5 lần so với pin Li-ion với cực dương than chì truyền thống.

Pin sử dụng silicon làm vật liệu cực dương.

Các nhà nghiên cứu tin rằng hiệu suất cao của pin mang lại là kết quả của kết nối liền mạch giữa các lá đồng graphene làm chất nền cho các cực dương và ống nano carbon. Thiết kế này giúp cải thiện hoạt động của vật chất một cách toàn vẹn, tạo điều kiện trong việc truyền tải cũng như truyền nhiệt của hệ thống điện. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng mức sạc và xả cho pin này là nhanh hơn so với truyền thống sử dụng than chì cực dương gần 16 lần.