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

4 smartphone bán chạy nhất năm 2018 đều là iPhone, nhưng là iPhone cũ

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
4 smartphone bán chạy nhất năm 2018 đều là iPhone, nhưng là iPhone cũ
Mặc dù có một số thương hiệu khác như Xiaomi và Samsung cũng xuất hiện trong bảng xếp hạng, tuy nhiên phần lớn smartphone dẫn đầu đều đến từ Apple.

Mạng viễn thông Đông Dương ITelecom ra mắt: Dùng chung hạ tầng VinaPhone, 77.000 đồng được 90GB data/tháng, đầu số 087

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Mạng viễn thông Đông Dương ITelecom ra mắt: Dùng chung hạ tầng VinaPhone, 77.000 đồng được 90GB data/tháng, đầu số 087
ITelecom là nhà mạng đầu tiên tại Việt Nam hoạt động theo mô hình mạng viễn thông ảo (MVNO).

Apple bị kiện vì cố tình che giấu sự sụt giảm nhu cầu iPhone tại Trung Quốc

tinybook tinybook 1 tháng 12 giờ
Apple bị kiện vì cố tình che giấu sự sụt giảm nhu cầu iPhone tại Trung Quốc
Phía nguyên đơn cho biết việc Apple bưng bít thông tin là hành vi gian lận vì nó ảnh hưởng đến giá trị cổ phiếu cũng như định giá công ty.

Huawei: “Apple chưa hỏi mua chip 5G của chúng tôi”

tinybook tinybook 1 tháng 2 ngày
Huawei: “Apple chưa hỏi mua chip 5G của chúng tôi”
Huawei vừa chính thức bác bỏ tin đồn liên quan đến việc cung cấp chip mạng 5G cho các mẫu iPhone tiếp theo của Apple.

NASA cảnh báo các mối đe dọa đối với trái đất do thiên thạch gây ra phải được xem xét nghiêm túc

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
NASA cảnh báo các mối đe dọa đối với trái đất do thiên thạch gây ra phải được xem xét nghiêm túc
Hôm thứ Hai, người đứng đầu NASA cho biết các thiên thạch có thể phá hủy toàn bộ một tiểu bang của Hoa Kỳ là mối đe dọa thực sự đối với trái đất.

Tiết lộ câu chuyện phía sau việc Steve Jobs chọn Tim Cook làm CEO của Apple

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
Tiết lộ câu chuyện phía sau việc Steve Jobs chọn Tim Cook làm CEO của Apple
Tiếp nối di sản của người tiền nhiệm vĩ đại – Steve Jobs đã để lại không phải là một con đường dễ dàng dành cho Tim Cook.

Ở Hàn Quốc, người ta đang xây dựng một thành phố hiện đại, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sử dụng ô tô

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
Ở Hàn Quốc, người ta đang xây dựng một thành phố hiện đại, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sử dụng ô tô
Chính phủ Hàn Quốc mong muốn Quận Thương mại Quốc tế IBD trở thành ngọn hải đăng mới trong khía cạnh quy hoạch các thành phố lớn.

Chú ong bắp cày này được đặt theo tên của Dracula vì một lý do ai cũng phải bất ngờ

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
Chú ong bắp cày này được đặt theo tên của Dracula vì một lý do ai cũng phải bất ngờ
Chú ong bắp cày kỳ lạ này được bảo quản kỹ càng trong hổ phách, và nếu nhìn kỹ, bạn sẽ thấy nó có một tập hợp các bộ phận tạo thành cái miệng treo lủng lẳng từ trên đầu.

Khoảng cách giàu nghèo giữa các nước càng lúc càng lớn vì... biến đổi khí hậu

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
Khoảng cách giàu nghèo giữa các nước càng lúc càng lớn vì... biến đổi khí hậu
Không chỉ làm chậm tiến trình thu hẹp bất bình đẳng, biến đổi khí hậu còn đang khiến cho khoảng cách giàu nghèo giữa những quốc gia đã phát triển thuộc khu vực hàn đới và các nước đang phát triển ở gần hơn so với xích đạo ngày một trầm trọng thêm.

WHO cấm trẻ dưới 2 tuổi tiếp xúc với màn hình điện tử

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
WHO cấm trẻ dưới 2 tuổi tiếp xúc với màn hình điện tử
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đang tiến hành một cách kiên quyết việc cấm cho trẻ nhỏ xem TV hoặc chơi điện thoại thông minh, đồng thời thúc đẩy các bậc cha mẹ giúp con cái họ vận động nhiều và ngủ đủ giấc.

Phát hiện lượng hạt nhân khổng lồ tích trữ trong các dòng sông băng của Trái đất

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
Phát hiện lượng hạt nhân khổng lồ tích trữ trong các dòng sông băng của Trái đất
Nghiên cứu gần đây nhất được trình bày tại Đại hội đồng Liên minh khoa học địa chất châu Âu năm nay cho thấy các mảnh vụn phóng xạ lưu trữ trong dòng sông băng thực sự có thể trở thành một quả bom hẹn giờ.

Các nhà khoa học đã có thể mô phỏng giọng nói bằng tín hiệu não

tinybook tinybook 2 tuần 5 ngày
Các nhà khoa học đã có thể mô phỏng giọng nói bằng tín hiệu não
Bằng cách thu thập tần số não liên quan đến các chuyển động cơ hàm, môi và lưỡi, các nhà khoa học đã thiết lập nên một hệ thống tạo giọng nói ảo, được nghiên cứu cho những người mất khả năng nói.

[Vietsub] Kem được sản xuất như thế nào?

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
[Vietsub] Kem được sản xuất như thế nào?
Nhân mấy hôm trời nóng, tranh thủ tìm hiểu quy trình sản xuất kem cho hạ nhiệt nào!

Nhờ hiệu ứng lượng tử, các nhà khoa học tìm được cách tạo nên siêu ổ cứng mới

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
Nhờ hiệu ứng lượng tử, các nhà khoa học tìm được cách tạo nên siêu ổ cứng mới
Hiệu ứng lượng tử mới phát hiện cho phép các nhà khoa học kiểm soát được hướng quay của các hạt electron trên hợp kim làm nên ổ đĩa cứng, tạo nên các thiết bị lưu trữ mới nhanh hơn, dung lượng lớn hơn đáng kể so với trước.

Smartphone có hoạt động được ngoài không gian không, NASA có cả một dự án để trả lời cho bạn

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
Smartphone có hoạt động được ngoài không gian không, NASA có cả một dự án để trả lời cho bạn
Không gian vũ trụ vẫn còn nhiều điều cần khám phá, smartphone là một trong những thứ đó.

7 sáng tạo trong ngành công nghiệp quốc phòng gợi nhắc chúng ta về sự nguy hiểm của Skynet và trí tuệ nhân tạo

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
7 sáng tạo trong ngành công nghiệp quốc phòng gợi nhắc chúng ta về sự nguy hiểm của Skynet và trí tuệ nhân tạo
Những sáng tạo vũ khí ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong ngành công nghiệp quốc phòng không đơn thuần chỉ đem lại lợi ích cho con người mà cũng có thể là một mối nguy trong tương lai nếu chúng ta không thể kiểm soát chúng.

50 tuổi vẫn có bộ não của thanh niên 25 tuổi nếu ngồi thiền mỗi ngày

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
50 tuổi vẫn có bộ não của thanh niên 25 tuổi nếu ngồi thiền mỗi ngày
Trong khi hầu hết vỏ não của chúng ta teo đi theo thời gian thì các thiền giả 50 tuổi trong nghiên cứu có lượng chất xám tương đương với một nửa tuổi thọ của họ.

Nếu như Elon Musk được ví như Iron Man, thì đây chính là Superman của thế giới xe điện

tinybook tinybook 3 tuần 9 giờ
Nếu như Elon Musk được ví như Iron Man, thì đây chính là Superman của thế giới xe điện
Thị trường xe điện ngày một sôi nổi, đó chính là những gì Elon Musk hằng mong ước.

Tìm ra lý do vũ khí Đội quân đất nung của Tần Thủy Hoàng vẫn sáng bóng và sắc bén sau hơn 2000 năm

tinybook tinybook 3 tuần 11 giờ
Tìm ra lý do vũ khí Đội quân đất nung của Tần Thủy Hoàng vẫn sáng bóng và sắc bén sau hơn 2000 năm
Các chiến binh và ngựa bằng đất nung đứng bên trong hố số 1 của Bảo tàng Chiến binh và Ngựa đất nung ở Tây An, tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc

Start-up Trung Quốc thử nghiệm thành công tên lửa mini

tinybook tinybook 3 tuần 19 giờ
Start-up Trung Quốc thử nghiệm thành công tên lửa mini
Trong suốt cuộc thử nghiệm tên lửa tái sử dụng cao 8,1m, các kỹ sư thuộc start-up LinkSpace, do các doanh nhân trẻ nhất trong lĩnh vực không gian Trung Quốc thành lập, đã sử dụng dây bằng vật liệu Kevlar để đảm bảo tên lửa hạ cánh an toàn.

Trung Quốc: Lái xe buýt qua cầu kính khổng lồ để chứng minh độ an toàn của cây cầu

tinybook tinybook 3 tuần 19 giờ
Trung Quốc: Lái xe buýt qua cầu kính khổng lồ để chứng minh độ an toàn của cây cầu
Từng có hàng trăm lượt người đi qua cùng lúc mà chẳng làm sao nên một chiếc xe buýt chỉ nặng vài tấn cũng chẳng nhằm nhò gì với cây cầu kính khổng lồ tại công viên Trương Gia Giới, Hồ Nam.

Mỗi siêu xe Koenigsegg có giá 2 triệu USD, một năm chỉ có 16 chiếc. Vậy hãng kiểm tra độ bền ra sao cho đỡ phí?

tinybook tinybook 3 tuần 22 giờ
Mỗi siêu xe Koenigsegg có giá 2 triệu USD, một năm chỉ có 16 chiếc. Vậy hãng kiểm tra độ bền ra sao cho đỡ phí?
Họ phải dùng phương pháp thử nghiệm đặc biệt thay vì biến hàng loạt chiếc siêu xe thành phế liệu.

King Ghidorah - đối thủ truyền kiếp khiến vua quái vật Godzilla cũng phải e dè

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
King Ghidorah - đối thủ truyền kiếp khiến vua quái vật Godzilla cũng phải e dè
Tháng 5 này, bộ phim Godzilla: King of the Monsters chính thức được chiếu trên màn ảnh rộng, Godzilla sẽ đối mặt với một đối thủ truyền kiếp và là thách thức lớn nhất từ trước tới nay của vua quái vật. Đó chính là King Ghidorah.

Kỳ công ghép hàng ngàn mảnh bìa carton thành mô hình xe tăng chiến đấu trông như thật với tỷ lệ 1:1

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
Kỳ công ghép hàng ngàn mảnh bìa carton thành mô hình xe tăng chiến đấu trông như thật với tỷ lệ 1:1
Khó ai có thể tin mô hình xe tăng khổng lồ, tương đương với tỷ lệ thật này lại được làm nên từ những tấm bìa carton nhỏ.

Giả thuyết mới: Night King đang cưỡi rồng tới đánh phá King's Landing

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Giả thuyết mới: Night King đang cưỡi rồng tới đánh phá Kings Landing
Đây là lý do tại sao Viserion chưa xuất hiện trước cổng Winterfell.

Hàu là "công nhân vệ sinh" cho đại dương, nhưng chúng ta đã tiêu diệt đến 90% loài sinh vật này

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Hàu là "công nhân vệ sinh" cho đại dương, nhưng chúng ta đã tiêu diệt đến 90% loài sinh vật này
Chỉ một con hàu cũng có thể làm sạch đến 50 gallon (227 lít) nước mỗi ngày, giúp loại bỏ các nhân tố gây ô nhiễm và hòa chất độc hại. Tuy nhiên, quần thể hàu trên khắp thế giới đang bị hủy hoại. Hiện tại, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm cách để tái sinh chúng ở một số vùng như Solent, bờ biển phía nam nước Anh, nơi số lượng hàu đang sụt giảm nghiêm trọng.

Pin thể rắn, hậu duệ thay thế hoàn toàn pin Li-ion, có được bước tiến quan trọng để ứng dụng vào smartphone

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Pin thể rắn, hậu duệ thay thế hoàn toàn pin Li-ion, có được bước tiến quan trọng để ứng dụng vào smartphone
Tương tự ổ đĩa thể rắn SSD là bước tiến của lưu trữ dữ liệu, pin thể rắn sẽ là bước tiến tiếp theo của công nghệ lưu trữ năng lượng.

Điều gì xảy ra khi Thanos xóa sổ một nửa số cá thể mỗi loài trên Trái Đất?

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Điều gì xảy ra khi Thanos xóa sổ một nửa số cá thể mỗi loài trên Trái Đất?
Đây là một kế hoạch toàn toàn ... ngu ngốc của gã khổng lồ điên loạn. Có lẽ là do Thanos điên thật.

Steam Cleaning - công nghệ dùng để làm sạch tường Đại Nội Huế cho thấy sức mạnh của nước có thể lớn đến mức nào

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Steam Cleaning - công nghệ dùng để làm sạch tường Đại Nội Huế cho thấy sức mạnh của nước có thể lớn đến mức nào
Nước hóa ra có rất nhiều công dụng đầy sức mạnh, từ khả năng... đánh vảy cá đến "thay áo" cho Đại Nội Huế. Tất cả mọi thứ đều nằm trong tầm tay của khoa học.

Bật mí những cực phẩm dành cho các fan Marvel thể hiện tình yêu với Avengers: Endgame

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Bật mí những cực phẩm dành cho các fan Marvel thể hiện tình yêu với Avengers: Endgame
Ngoài những items quen thuộc như áo phông, mô hình thì BST giày thể thao thiết kế dựa trên bộ 3 siêu anh hùng Ironman, Captain America và Thor đang là siêu phẩm hot hit được fans săn đón nhiệt tình.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat