Một loại điện cực mới được thiết kế cho các loại pin lithium-ion đã cho thấy tiềm năng trong việc giảm thời gian sạc từ tính bằng giờ xuống còn bằng phút nhờ thay điện cực graphite truyền thống bằng một mạng lưới hạt nano oxit thiếc.

 Các loại pin đều có hai điện cực, cực dương và cực âm. Cực dương trong hầu hết các loại pin lithium hiện này đều được làm bằng vật liệu graphite.

 Dung lượng lưu trữ tối đa theo lý thuyết của graphite là rất có hạn, với 372 miliampe giờ mỗi gam (mAh g-1), cản trở các cải tiến đáng kể trong công nghệ chế tạo pin, Vilas Pol, Phó giáo sư hóa học tại Đại học Purdue cho biết.

 Các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm với một cực dương làm bằng oxit thiếc xốp liên kết, theo lý thuyết cực này gần như gấp đôi dung lượng sạc của graphite. Họ cho thấy rằng các cực dương thử nghiệm này có thể sạc trong thời gian là 30 phút và vẫn có dung lượng là 430 miliamp giờ mỗi gam (mAh g-1), lớn hơn nhiều dung lượng tối đa của graphite theo lý thuyết khi sạc chậm trong thời gian hơn 10 giờ đồng hồ.

 Cực dương gồm một “mạng trật tự” các hạt nano oxit thiếc liên kết có thể ứng dụng vào sản xuất thương mại do chúng được tổng hợp bằng việc bổ xung tiền chất ancoxit thiếc vào nước sôi sau đó xử lý nhiệt, Pol cho biết.

 “Chúng tôi không sử dụng bất kỳ chất hóa học phức tạp nào ở đây”, Pol cho biết. “Đây là một cách xử lý nhanh và đơn giản tiền chất hữu cơ-kim loại trong nước sôi. “Hỗn hợp tiền chất này là ancoxit thiếc rắn - một loại vật liệu tương tự với ancoxit titan phổ biến, có hiệu quả về chi phí. Nó có thể đáp ứng đầy đủ cho các ứng dụng quy mô rộng mà đã được các công tác viên Vadim G. Kessler và Gulaim A. Seisenbaeva thuộc Đại học Khoa học Nông nghiệp (Thụy điển) đề cập đến”.

 Khi các hạt nano thiếc oxit được đun nóng ở 400oC, chúng tự lắp ráp thành một mạng lưới chứa các khe rỗng để cho phép vật liệu giãn ra và co lại, hay thở, trong chu kỳ pin sạc-xả.

 “Những khoảng rỗng này rất quan trọng đối với cấu trúc này”, Tiến sỹ Purdue cho biết. “Nếu  không có kích cỡ khe rỗng phù hợp, và liên kết giữa các hạt nano oxit thiếc đơn lẻ, pin này sẽ không hoạt động”.

 Các nghiên cứu trong tương lai của nhóm sẽ bao gồm việc thử nghiệm khả năng vận hành đối với nhiều chu kỳ sạc-xả ở các loại pin đầy đủ chức năng. 

Nguồn : NASATI, ngày 12/12/2014