Các nhà khoa học phát hiện ra tiềm năng tạo nên pin Lithium mật độ siêu cao từ graphene

Các nhà khoa học phát hiện ra tiềm năng tạo nên pin Lithium mật độ siêu cao từ graphene
Theo: Nguyễn Hải Theo Trí Thức Trẻ
Thể loại: Khoa Học Công Nghệ
Mật độ lưu trữ Lithium trong dải graphene còn cao hơn cả mật độ Lithium cao nhất hiện nay dưới dạng Carbua ở điều kiện thường - một phát hiện vượt quá cả kỳ vọng của các nhà nghiên cứu.

Các nỗ lực phát triển công nghệ pin thường xoay quanh việc cải thiện mật độ năng lượng, nghĩa là chúng ta muốn tạo ra một viên pin có thể chứa nhiều năng lượng trong một thể tích nhỏ, nhưng lại không gây bắt lửa hoặc phát nổ.

Trong khi đó, cho dù các viên pin hiện đại có thể xem như một phép màu đối với loại pin axit chì cổ đại, nhưng chúng vẫn có mật độ năng lượng trên khối lượng thấp hơn cả gỗ. Về cơ bản, chúng ta vẫn chưa thể đóng gói đủ số nguyên tử vào một thể tích nhỏ để cạnh tranh lại với các nhiên liệu hydrocarbon. Nhưng giờ đây với nguyên liệu graphene – cuộc chơi có thể đang thay đổi.

Kim loại vô hình

Cho dù có nhiều cách khác nhau để chế tạo pin Lithium-Ion, nhưng nó đều diễn ra theo cách thức như sau: lithium được lưu trữ dưới một dạng nào đó ở điện cực. Khi Lithium giải phóng ra một ion, nó sẽ đi tới một điện cực khác và phản ứng. Cùng lúc đó, các electron sẽ di chuyển ra bên ngoài hệ qua một điện cực khác, trao đổi điện năng và kết thúc tại một điện cực khác, nơi chúng hoàn tất phản ứng.

Các nhà khoa học phát hiện ra tiềm năng tạo nên pin Lithium mật độ siêu cao từ graphene - Ảnh 1.

Quá trình sạc xả của pin Lithium-Ion thông thường.

Điều mấu chốt ở đây là Lithium thường được chứa trong một hợp chất Lithium Carbua mật độ thấp và nhẹ. Tìm được vật liệu khác có thể tăng mật độ Lithium cũng là một cách giúp gia tăng dung lượng pin.

Nhưng đây chính là vấn đề. Lithium là một nguyên tố rất nhẹ. Còn Carbon, một thành phần quan trọng khác của pin, cũng là một nguyên tố nhẹ. Nếu nhìn trên kính hiển vi điện tử, bạn sẽ thấy chúng gần như giống hệt nhau. Điều này làm việc giám sát các nguyên tử Lithium hình thành nên điện cực như thế nào trở nên khó khăn hơn và cũng như khó thấy được các biến thể về cấu trúc khi nó được lưu trữ (hoặc các cấu trúc này biến đổi như thế nào khi nó bị loại bỏ).

Tuy nhiên còn một thách thức khác nữa. Các kính hiển vi điện tử thường sử dụng các electron năng lượng cao để tạo hình ảnh. Năng lượng của các electron này có thể đủ để phá vỡ cấu trúc giữa các nguyên tử Carbon và Lithium đang quan sát. Nghĩa là vào thời điểm bạn tạo nên hình ảnh, bạn cũng phá hủy luôn cả cấu trúc mình muốn khảo sát.

Vì vậy, một nhóm các nhà khoa học đã nghiên cứu với một loại kính hiển vi điện tử truyền dẫn (transmission electron microscopy) được thiết kế để hoạt động bằng các electron năng lượng thấp. Kính hiển vi này vẫn có đủ độ phân giải để thấy từng nguyên tử riêng lẻ, vì vậy có thể xác định được cấu trúc phân tử.

Các nhà khoa học phát hiện ra tiềm năng tạo nên pin Lithium mật độ siêu cao từ graphene - Ảnh 2.

Cấu tạo một kính hiển vi điện tử truyền dẫn.

Bằng cách khảo sát mức năng lượng các electron mất đi khi chúng đi qua vật mẫu, các nhà nghiên cứu có thể hình dung ra bên trong của vật mẫu này. Cuối cùng thời gian tạo nên hình ảnh cũng đủ dài (khoảng 1 giây) để các nhà nghiên cứu có thể quan sát việc hình thành và phân rã của các cấu trúc đang được viên pin sử dụng.

Miếng sandwich kẹp Lithium

Do kính hiển vi điện tử truyền dẫn này cần các electron từ kính hiển vi phải xuyên qua vật mẫu, nên lớp Carbon Lithium cần phải rất mỏng. Các nhà nghiên cứu sử dụng một dải graphene gồm hai lớp (graphene là một lớp đơn các nguyên tử carbon được sắp xếp theo mô hình tổ ong). Một điện cực nhỏ chứa các ion Lithium được đặt ở một phía của dải graphene.

Một loạt các điện cực như vậy sẽ được đặt dọc dải graphene để đo lường và thiết lập điện thế. Điện thế này được sử dụng để đưa các ion Lithium vào dải graphene và cho phép nó dịch chuyển qua lại. Khi các ion Lithium được tích lũy đủ trên dải graphene, điện trở sẽ sụt giảm, cho phép hình thành nên một điện cực thứ hai – dấu hiệu cho sự xuất hiện Lithium.

Các nhà khoa học phát hiện ra tiềm năng tạo nên pin Lithium mật độ siêu cao từ graphene - Ảnh 3.

Các ion Lithium dịch chuyển giữa hai lớp graphene.

Không khó để thấy các nhà nghiên cứu đã ngạc nhiên như thế nào. Họ nhận ra các ion Lithium dịch chuyển rất nhanh trong khoảng trống giữa hai dải graphene. Khối lượng Lithium cũng cao một cách đáng ngạc nhiên.

Bằng cách giám sát cấu trúc và thành phần nguyên tố, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng Lithium không tạo thành hợp chất Carbua Lithium. Thay vào đó, nó tạo thành nhiều lớp tinh thể Lithium với chỉ một lớp ngoài cùng liên kết với Carbon. Nhưng Lithium kim loại không tồn tại ở dạng thường. Thay vào đó, Lithium hình thành nên trạng thái mật độ cao, vốn thường xuất hiện ở nhiệt độ thấp hoặc áp suất rất cao.

Vẫn quá sớm để lạc quan

Cho dù điều này rất thú vị nhưng nó thực sự vẫn chưa cho thấy sự hữu ích. Đầu tiên, Lithium mật độ cao chỉ hình thành giữa hai tấm graphene gần như hoàn hảo, không phải loại graphene bạn có thể mua từ các nhà sản xuất. Quả thật, ở gần những cạnh không hoàn hảo của dải graphene, năng lượng từ các electron của kính hiển vị điện tử cũng đủ để làm sôi kim loại Lithium.

Ngay cả khi chúng ta có đủ lượng graphene chất lượng cao, cũng không chắc lượng Lithium sẽ khuếch tán đủ sâu vào graphene để cho một chu kỳ sạc điện. Không khó để hình dung ra rằng, những ion Lithium đầu tiên có thể kết thành một khối để ngăn các ion Lithium còn lại rời khỏi "miếng sandwich" trên.

Cũng không chắc rằng dải graphene sẽ tồn tại đủ lâu trong quá trình này. Đây cũng là một trong những vấn đề chính với pin có liên quan đến các kim loại Lithium: các điện cực sẽ tự phá hủy sau một số chu kỳ nào đó. Chúng ta vẫn chưa biết liệu graphene có tồn tại lâu hơn các điện cực hiện tại hay không.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu vẫn chưa trình diễn công nghệ pin mới này. Thay vào đó, nó là một ví dụ tuyệt vời cho thấy, việc thực hiện các thí nghiệm cần thiết có thể dẫn tới các khám phá thú vị như thế nào. Và nếu chúng ta may mắn, cuối cùng điều đó có thể giúp chúng ta tạo ra những loại pin tốt hơn.

Tham khảo Arstechnica

7 cơ hội việc làm mới đầy hấp dẫn hứa hẹn sẽ được tạo ra nhờ robot

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
7 cơ hội việc làm mới đầy hấp dẫn hứa hẹn sẽ được tạo ra nhờ robot
Khác xa với sự bi quan của nhiều người về việc robot có thể thay thế con người làm nhiều việc và gián tiếp thúc đẩy tình trạng thất nghiệp, tuy nhiên robot hoàn toàn có thể tạo ra thêm nhiều việc làm mới.

[Video] Cận cảnh quá trình thử nghiệm hệ thống tên lửa đẩy trên tàu vũ trụ Orion của NASA

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
[Video] Cận cảnh quá trình thử nghiệm hệ thống tên lửa đẩy trên tàu vũ trụ Orion của NASA
Quá trình thử nghiệm tên lửa đẩy rất quan trọng vì nó quyết định phần lớn sự thành công của việc đưa tàu vũ trụ Orion của NASA đi vào đúng quỹ đạo và tiếp cận được Mặt Trăng.

Cận cảnh chuyên gia Nhật Bản tắm nước sông Tô Lịch

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Cận cảnh chuyên gia Nhật Bản tắm nước sông Tô Lịch
Chuyên gia Nhật Bản hy vọng trong tương lai, khi cả sông được xử lý làm sạch bằng công nghệ Nano, nước sông Tô Lịch lại trong xanh.

Vệ tinh không chỉ dẫn đường, giám sát thiên tai mà đã có thể dự đoán khi nào một cây cầu sắp sập

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Vệ tinh không chỉ dẫn đường, giám sát thiên tai mà đã có thể dự đoán khi nào một cây cầu sắp sập
Vệ tinh không chỉ dẫn đường, giám sát thiên tai mà đã có thể dự đoán khi nào một cây cầu sắp sập

Tìm được loại men ủ hơn 4500 năm, nhà khoa học thử chế biến và thành công với món bánh mì nướng thơm ngon lạ lùng

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Tìm được loại men ủ hơn 4500 năm, nhà khoa học thử chế biến và thành công với món bánh mì nướng thơm ngon lạ lùng
Có thể bạn vẫn sẽ tin tưởng và ăn một chiếc bánh bị hết hạn một hoặc hai ngày. Nhưng bạn có dám ăn một chiếc bánh mì nướng đã hết hạn sử dụng quá 4500 năm hay không?

Chiêm ngưỡng ảnh đẹp như mơ chụp bằng smartphone OPPO

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Chiêm ngưỡng ảnh đẹp như mơ chụp bằng smartphone OPPO
Đây là những bức ảnh xuất sắc nhất đã thắng giải trrong cuộc thi OPPO Creators Awards năm 2019. Cuộc thi hướng đến cộng đồng người dùng smartphone đam mê nhiếp ảnh trên toàn cầu, với thông điệp :”See Beyond” (Vượt chuẩn tầm nhìn).

Cận cảnh dàn nội thất siêu hiện đại sắp được trang bị cho các máy bay của Airbus trong tương lai

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Cận cảnh dàn nội thất siêu hiện đại sắp được trang bị cho các máy bay của Airbus trong tương lai
Cụ thể, dàn nội thất này sẽ được mang lên các mẫu máy bay A330, với tên gọi mới là A330neo Airspace.

Một công ty xây dựng tại Mỹ cung cấp dịch vụ biến sân vườn thành bãi biển nhân tạo với biển xanh, cát trắng, nắng vàng

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Một công ty xây dựng tại Mỹ cung cấp dịch vụ biến sân vườn thành bãi biển nhân tạo với biển xanh, cát trắng, nắng vàng
Chỉ cần bỏ ra từ 20 ngàn USD, bạn có thể biến một khoảng sân nhà bạn trở thành bãi biển nhiệt đới đầy nắng và gió ngay trong đời thực.

Ngọn hải đăng bị cô lập ở Iceland này là nơi hoàn hảo để tránh một đại dịch zombie

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Ngọn hải đăng bị cô lập ở Iceland này là nơi hoàn hảo để tránh một đại dịch zombie
Một ngọn hải đăng đặc biệt ở Iceland được mệnh danh là địa điểm hoàn hảo để sống sót nếu như có một ngày đại dịch zombie xảy ra.

Các nhà khoa học Nhật chế tạo một chiếc đuôi máy, vì nghĩ rằng con người không có đuôi là một thiếu sót lớn

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Các nhà khoa học Nhật chế tạo một chiếc đuôi máy, vì nghĩ rằng con người không có đuôi là một thiếu sót lớn
Sẽ ra sao nếu con người có đuôi?

Đã có 'siêu thực phẩm' có thể cứu đói cả nhân loại: Tất cả chỉ nhờ loại thực vật nhỏ bé này!

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Đã có siêu thực phẩm có thể cứu đói cả nhân loại: Tất cả chỉ nhờ loại thực vật nhỏ bé này!
Một công ty khởi nghiệp ở Anh đã tạo ra một loại thực phẩm chỉ từ vi tảo nhưng đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầu dưỡng chất cho cơ thể.

Kết hợp 2 kỹ thuật diệt muỗi bí truyền, các nhà khoa học triệt tiêu được 94% lượng muỗi tại hai hòn đảo Trung Quốc

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Kết hợp 2 kỹ thuật diệt muỗi bí truyền, các nhà khoa học triệt tiêu được 94% lượng muỗi tại hai hòn đảo Trung Quốc
Báo cáo khoa học mới cho ta hy vọng về một miền đất hứa, nơi con người không còn bị muỗi đốt mỗi khi hè tới.

Sự đáng sợ của biến đổi khí hậu: Đến động vật ở vùng lạnh nhất cũng không thể sống nổi nữa

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Sự đáng sợ của biến đổi khí hậu: Đến động vật ở vùng lạnh nhất cũng không thể sống nổi nữa
Biến đổi khí hậu đã khiến động vật chết hàng loạt khi nhiệt độ tăng đột biến tại một số khu vực.

Nhà hoạt động vì quyền động vật hô hào người dân "để yên cho muỗi hút máu vì nó còn phải nuôi con"

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Nhà hoạt động vì quyền động vật hô hào người dân "để yên cho muỗi hút máu vì nó còn phải nuôi con"
Trong khi cả thế giới đang ra sức diệt muỗi, người đàn ông này lại kêu gọi mọi người để loài côn trùng này được yên thân.

Khi bị ong bắp cày tấn công, ong mật Nhật Bản sẽ bu lấy đối thủ, đồng loạt rung lên để nướng chín kẻ địch

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Khi bị ong bắp cày tấn công, ong mật Nhật Bản sẽ bu lấy đối thủ, đồng loạt rung lên để nướng chín kẻ địch
Tự nhiên kỳ diệu làm sao!

Thứ gì chúng ta tạo ra được nhưng không thể chứa đựng được? Nếu bạn đoán "tình yêu dành cho crush" thì sai bét!

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Thứ gì chúng ta tạo ra được nhưng không thể chứa đựng được? Nếu bạn đoán "tình yêu dành cho crush" thì sai bét!
Hóa ra các nhà hóa học đang giữ đáp án cho câu hỏi này.

Tại sao hầu hết bảng mạch in lại có màu xanh lá cây trong khi của Apple lại màu đen?

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Tại sao hầu hết bảng mạch in lại có màu xanh lá cây trong khi của Apple lại màu đen?
Dù các bảng mạch màu xanh lá cây giúp việc kiểm tra bản mạch hiệu quả hơn, nhưng khi quá trình này được tự động hóa cao hơn, màu sắc của nó trở nên không còn quá quan trọng nữa.

Cách sử dụng phần mềm trên máy bay 300 triệu USD: cứ 149 tiếng thì nhớ phải tắt đi bật lại

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Cách sử dụng phần mềm trên máy bay 300 triệu USD: cứ 149 tiếng thì nhớ phải tắt đi bật lại
Bệnh "lag" không của riêng ai.

Bạn có biết: Quân đội Mỹ từng thả cả cả dàn nhạc cụ xuống căn cứ cho binh lính giải trí sau những giờ chiến đấu căng thẳng

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Bạn có biết: Quân đội Mỹ từng thả cả cả dàn nhạc cụ xuống căn cứ cho binh lính giải trí sau những giờ chiến đấu căng thẳng
Trong chiến tranh, người lính cũng cần được giải trí và quân đội Mỹ có một cách để giải trí rất hữu hiệu cho binh lính, đó là mang đàn piano và các nhạc cụ ra ngoài chiến trường.

Độc đáo ý tưởng khách sạn xây dựng sát vách núi với hồ bơi vô cực kéo dài ngoài mỏm đá

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Độc đáo ý tưởng khách sạn xây dựng sát vách núi với hồ bơi vô cực kéo dài ngoài mỏm đá
Nếu bạn đủ can đảm dạo bước ngoài ban công khách sạn, thậm chí là thả mình trong hồ bơi kéo dài ra ngoài vách núi, có lẽ bạn là một trong số những người gan dạ nhất trên hành tinh.

Lốc xoáy bình thường xưa rồi, đoạn video lốc xoáy... than này sẽ khiến bạn phải sững sờ

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Lốc xoáy bình thường xưa rồi, đoạn video lốc xoáy... than này sẽ khiến bạn phải sững sờ
Nếu như năm ngoái là năm của lốc xoáy lửa, thì năm nay chúng ta có lốc xoáy than.

Bằng dung dịch từ tính do NASA sáng chế, chàng trai 18 tuổi tìm ra cách lọc vi nhựa khỏi nước

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Bằng dung dịch từ tính do NASA sáng chế, chàng trai 18 tuổi tìm ra cách lọc vi nhựa khỏi nước
Fionn Ferreira nhận về 50.000 USD tiền thưởng từ Hội chợ Khoa học Google. Một phần thưởng xứng đáng cho nỗ lực cứu lấy nhân loại!

Chiếc xe đạp tự lái này cho thấy sự tiến bộ trong khả năng thiết kế chip của Trung Quốc

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Chiếc xe đạp tự lái này cho thấy sự tiến bộ trong khả năng thiết kế chip của Trung Quốc
Nhờ thiết kế lai giữa kiến trúc chip thông thường với các mạng lưới thần kinh nhân tạo, chip Tianjic có thể mang tới nhiều khả năng cao cấp cho chiếc xe đạp tự lái.

Đây là hệ thống dùng năng lượng Mặt Trời để biến nước biển thành nước ngọt, tạo ra được 75.000 lít nước/ngày với giá chỉ 58 VNĐ/lít

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Đây là hệ thống dùng năng lượng Mặt Trời để biến nước biển thành nước ngọt, tạo ra được 75.000 lít nước/ngày với giá chỉ 58 VNĐ/lít
Nó sẽ giải quyết được vấn nạn thiếu nước nhân loại đã đang đối mặt.

Nghiên cứu mới: Uống rượu vang đỏ giúp giảm stress và trầm cảm nhờ vào một hợp chất đặc biệt

tinybook tinybook 3 tháng 1 tuần
Nghiên cứu mới: Uống rượu vang đỏ giúp giảm stress và trầm cảm nhờ vào một hợp chất đặc biệt
Việc phát hiện một hợp chất đặc biệt trong rượu vang đỏ đã mở đường cho việc phát triển các loại thuốc chống trầm cảm và lo âu mới có nguồn gốc thiên nhiên.

Giải ngố về Eternals, tập hợp siêu anh hùng sở hữu quyền năng vô song sắp xuất hiện trong Vũ trụ Điện ảnh Marvel

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Giải ngố về Eternals, tập hợp siêu anh hùng sở hữu quyền năng vô song sắp xuất hiện trong Vũ trụ Điện ảnh Marvel
Trong bài viết này sẽ đi sâu hơn vào tiểu sử và các thông tin về nhóm siêu anh hùng the Eternals.

Hỏi khó: Thuốc độc lúc hết hạn sẽ không độc nữa hay còn nguy hiểm hơn?

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Hỏi khó: Thuốc độc lúc hết hạn sẽ không độc nữa hay còn nguy hiểm hơn?
Đã bao giờ bạn tự hỏi chuyện gì sẽ xảy ra với chai thuốc diệt chuột hết hạn từ năm ngoái của nhà mình chưa? Thời gian chắc chắn đã làm nó bị hỏng – nhưng mà "hỏng" theo cách nào nhỉ?

Chiếc xe đạp điện giá 3.000 USD được quảng cáo "không thể bị ăn trộm" bị phá khóa trong chưa đầy 60 giây

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Chiếc xe đạp điện giá 3.000 USD được quảng cáo "không thể bị ăn trộm" bị phá khóa trong chưa đầy 60 giây
Trên đời này không có thứ gì tuyệt đối cả.

Các nhà khoa học phát minh ra loại vải càng thơm khi càng thấm nhiều mồ hôi

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Các nhà khoa học phát minh ra loại vải càng thơm khi càng thấm nhiều mồ hôi
Bộ quần áo bạn mặc khi tập thể dục thể thao sẽ kiêm luôn vai trò máy lọc không khí!

Giải ngố về AGI: Trí tuệ nhân tạo có thể đưa nhân loại sang trang mới, lại vừa có thể dẫn đến họa diệt vong nếu rơi vào tay kẻ xấu

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Giải ngố về AGI: Trí tuệ nhân tạo có thể đưa nhân loại sang trang mới, lại vừa có thể dẫn đến họa diệt vong nếu rơi vào tay kẻ xấu
Giờ là thời điểm năm 2019, một loạt những công nghệ tưởng như bất khả thi đã đang tìm được đường ra tới đời thực. Trong số đó, ta có Trí tuệ Phổ biến Nhân tạo - Artificial General Intelligence.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat