Mặc dù đang là lựa chọn tốt nhất cho xe hơi và các thiết bị chạy điện, nhưng pin lithium vẫn gây ra một số quan ngại về mặt môi trường hay dễ phát nổ, … Trong hoàn cảnh đó, một giải pháp thay thế mà ít ai kỳ vọng lại nổi lên: sử dụng loại pin làm từ Kali.
Nhờ vào trữ lượng dồi dào và giá thành khá rẻ của Kali, nếu sử dụng kim loại này để làm thành anode (cực dương), chúng ta hoàn toàn có thể chế tạo được loại pin cho mật độ năng lượng (cả trên một đơn vị thể tích lẫn khối lượng) không hề thua kém pin lithium.
Tuy nhiên, trở ngại duy nhất cho đến thời điểm này cũng chính là những gì mà pin lithium thường hay gặp phải. Đó là hiện tượng dendrites hóa theo cơ chế như sau: Pin đã trải qua nhiều chu kỳ xạc – xả sẽ bắt đầu xuất hiện những mảnh kim loại (ở đây là ête lithium hoặc kali) bám vào anode, từ đó hình thành các nhánh dendrites nhỏ như sợi bông, dần dần chúng trở nên đủ dài để đâm xuyên màng ngăn giữa anode và cathode, gây đoản mạch pin. Hệ quả là pin có hiện tượng nóng lên khi hoạt động, dễ cháy nổ và giảm tuổi thọ.
Đến nay, một nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Rensselaer ở New York vừa tuyên bố: họ đã phát triển thành công một kỹ thuật tự phục hồi, giúp làm sạch dendrites trên anode khi sạc pin qua đêm, đồng thời ngăn không cho chúng phát triển lại và gây hậu quả lâu dài. Ngoài ra, nhóm cũng tin tưởng đây là thời điểm khả thi để đưa ra thị trường loại pin kali giá rẻ và có độ bền cao.
Nguyên lý căn bản của kỹ thuật này là quản lý hoạt động sạc/xả pin liên tục và ở cường độ cao – giống như những gì chúng ta hay được khuyến cáo không nên làm nếu muốn duy trì tuổi thọ pin lithium. Tuy nhiên, nếu được áp dụng trong điều kiện kiểm soát, các nhà khoa học tin rằng nó sẽ giúp khống chế nhiệt lượng của pin một cách chuẩn xác, sao cho nhiệt độ chỉ tăng đến ngưỡng chưa đủ làm Kali tan chảy. Khi ấy, hiện tượng khuếch tán bề mặt sẽ được kích hoạt, khiến các phân tử Kali di chuyển theo phương ngang khỏi đống dendrites mà chúng tạo nên và làm sạch nhẵn bề mặt.
Năm 2018, nhóm đã từng trình bày khả năng [tự phục hồi] tương tự đối với hiện tượng dendrites trên pin lithium, song cần nhiệt độ cao đáng kể.
“Vào ban đêm hoặc mỗi khi không cần sử dụng pin, chúng ta nên kích hoạt cơ chế tự hồi phục, làm sạch dendrites bằng kiểm soát nhiệt lượng cục bộ”, Nikhil Koratkar – giáo sư cơ khí, hàng không và kỹ thuật nguyên tử tại Rensselaer, đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu – gợi ý. “Cá nhân tôi rất có niềm tin rằng chúng ta sẽ giải quyết được vấn đề cố hữu đối với các loại pin làm từ kim loại, để tận dụng những lợi thế của Kali cho ngành công nghiệp pin.”
Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ (PNAS).
Nguồn:
Hải Đăng (theo Eurekalert)