Các nhà nghiên cứu từ The University of Texas at Austin, Northeastern University, Stanford University và Argonne National Laboratory đã chỉ ra một nguyên nhân chủ yếu khiến pin sạc suy giảm hiệu suất theo thời gian. Kết quả được công bố trên tạp chí Science và có ý nghĩa với nhiều công nghệ phụ thuộc vào pin, như điện thoại thông minh và xe điện.
Nhóm phát hiện rằng mỗi chu kỳ sạc-xả khiến pin nở ra rồi co lại, một chuyển động lập đi lập lại mà họ so sánh với "nhịp thở". Sự co giãn này sinh ra ứng suất nhỏ ở các thành phần điện cực; quá trình gọi là suy thoái hóa học-cơ học. Một phát hiện quan trọng là mô hình "chuỗi ứng suất": ứng suất có thể tích tụ cục bộ rồi lan sang các vùng lân cận. Vì bên trong một điện cực có hàng trăm nghìn hạt, hành vi không đồng đều — một số hạt dịch chuyển nhanh, số khác ít thay đổi — dẫn đến ứng suất tập trung và cuối cùng gây nứt hoặc tổn hại khác.
Nhóm đã dùng hình ảnh thời gian thực bằng kính hiển vi truyền tia X operando (TXM) và laminography tia X 3D để thu góc nhìn chi tiết về chuyển động hạt. Hành vi này lần đầu được quan sát trong một thiết bị tai nghe thương mại. Hiểu cách ứng suất hình thành và lan truyền mở ra hướng thiết kế điện cực kháng ứng suất hoặc áp dụng lực nén có kiểm soát để giảm tổn hại. Các tác giả dự định phát triển mô hình lý thuyết để giải thích tương tác hóa học và cơ học phức tạp trong điện cực. Công trình được tài trợ bởi Văn phòng Công nghệ Phương tiện thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và có đóng góp từ các nhà khoa học tại UT, Northeastern, Sigray Inc., Stanford, SLAC National Accelerator Laboratory và Argonne National Laboratory.
Từ khó
- suy giảm — giảm dần hiệu năng hoặc chất lượng theo thời gian
- ứng suất — lực tác động trên một diện tích vật liệu
- điện cực — bộ phận trong pin xảy ra phản ứng điện
- chu kỳ sạc-xả — một lần sạc rồi xả điện của pin
- suy thoái — quá trình hỏng hóc hoặc giảm chức năngsuy thoái hóa học-cơ học
- tích tụ — tập trung dần ở một vùng nhỏ
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Việc thiết kế điện cực kháng ứng suất có thể ảnh hưởng thế nào đến tuổi thọ và chi phí sản xuất pin? Hãy nêu lý do.
- Các kỹ thuật hình ảnh như TXM và laminography đã giúp hiểu điều gì về hành vi hạt trong điện cực? Hãy lấy ví dụ từ bài.
- Khi áp dụng lực nén có kiểm soát vào pin thương mại, bạn nghĩ sẽ gặp những thách thức nào về thiết kế hoặc vận hành?
Bài viết liên quan
Găng tay dùng một lần làm sai lệch kết quả vi nhựa
Các nhà nghiên cứu tại University of Michigan cảnh báo găng tay nitrile và latex có thể để lại hạt stearat giống vi nhựa, khiến kết quả đo vi nhựa trong không khí và mẫu khác bị phóng đại. Nhóm đã thử nhiều loại găng và đề xuất phương pháp phân tích để phân biệt và khôi phục dữ liệu.
Mô hình mới làm thay đổi hiểu biết về Thiên Vương và Hải Vương
Các nhà khoa học từ University of Zurich phát triển mô phỏng mới cho lõi của Thiên Vương và Hải Vương. Kết quả cho thấy hai hành tinh này không nhất thiết chỉ là hành tinh 'băng' và giải thích được trường từ kỳ lạ của chúng.