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

Giới khoa học bất ngờ trước video chim biết dùng công cụ: một con hải âu dùng que để gãi ngứa

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
Giới khoa học bất ngờ trước video chim biết dùng công cụ: một con hải âu dùng que để gãi ngứa
Tại sao con chim lại dùng que để gãi bụng, thay vì dùng mỏ của nó cho tiện?

Phát hiện hài cốt trẻ sơ sinh 2100 tuổi đội loại “mũ bảo hiểm” kì dị làm từ hộp sọ của đứa trẻ khác

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
Phát hiện hài cốt trẻ sơ sinh 2100 tuổi đội loại “mũ bảo hiểm” kì dị làm từ hộp sọ của đứa trẻ khác
Các chuyên gia khảo cổ vừa phát hiện các bộ hài cốt trẻ sơ sinh đội 'mũ bảo hiểm' làm từ hộp sọ của những đứa trẻ khác có niên đại 2100 năm trước

Quỷ La Sát đáng sợ trong thần thoại Ấn Độ thực chất là giống người cổ đã bị tuyệt chủng cách đây 4 vạn năm

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
Quỷ La Sát đáng sợ trong thần thoại Ấn Độ thực chất là giống người cổ đã bị tuyệt chủng cách đây 4 vạn năm
Loài quỷ La Sát trong thần thoại Ấn Độ thực chất chính là một giống người cổ đã bị tuyệt chủng, từng sống chung và hôn phối với loài người hiện đại chúng ta.

Tiết lộ "khủng" về hậu trường Mắt Biếc: Công nghệ 3 triệu USD tầm cỡ thế giới, trí tuệ nhân tạo và tự động hóa hoàn toàn

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Tiết lộ "khủng" về hậu trường Mắt Biếc: Công nghệ 3 triệu USD tầm cỡ thế giới, trí tuệ nhân tạo và tự động hóa hoàn toàn
Những chia sẻ từ Giám đốc Kỹ thuật Mắt Biếc đã cho thấy quy mô chi tiết của công nghệ tiên tiến áp dụng vào mọi góc cạnh sản xuất bộ phim.

Bí ẩn bao trùm hòn đảo cứ người lạ xâm phạm là bị tấn công đến chết cùng lời kể của người phụ nữ may mắn sống sót hé lộ chi tiết đáng sợ

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Bí ẩn bao trùm hòn đảo cứ người lạ xâm phạm là bị tấn công đến chết cùng lời kể của người phụ nữ may mắn sống sót hé lộ chi tiết đáng sợ
Hòn đảo hoàn toàn cách biệt với thế giới bên ngoài và bất khả xâm phạm. Bất kỳ ai tiến đến gần khu vực "nhạy cảm" này đều bị tấn công hoặc giết chết.

Làm thế nào mà máy chạy bộ biến từ dụng cụ tra tấn thành một máy tập thể dục đại chúng?

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Làm thế nào mà máy chạy bộ biến từ dụng cụ tra tấn thành một máy tập thể dục đại chúng?
Máy chạy bộ chả có gì xa lạ với chúng ta ngày nay, nhiều người luôn ao ước có thể mua một chiếc máy chạy bộ để trong nhà nhưng trên thực tế, trong quá khứ đây là là một loại dụng cụ tra tấn.

NASA công bố tàu thăm dò mới: phóng vào tháng Bảy năm sau, chưa có tên nhưng đã có trách nhiệm nặng nề - làm sứ mệnh tiền đề cho con người lên Sao Hỏa

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
NASA công bố tàu thăm dò mới: phóng vào tháng Bảy năm sau, chưa có tên nhưng đã có trách nhiệm nặng nề - làm sứ mệnh tiền đề cho con người lên Sao Hỏa
Tàu thăm dò mới của NASA mang theo hai sứ mệnh: tìm kiếm sự sống, và dọn đường cho một dạng sống khác lên Sao Hoả.

Thế giới sẽ đối mặt với hàng loạt thảm họa nếu rừng Amazon cháy rụi: 90% bệnh tật không có thuốc chữa, 50% loài sinh vật bị tiêu diệt

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Thế giới sẽ đối mặt với hàng loạt thảm họa nếu rừng Amazon cháy rụi: 90% bệnh tật không có thuốc chữa, 50% loài sinh vật bị tiêu diệt
Trong năm 2019, chúng ta đã chứng kiến sự mất mát vô cùng to lớn của một bộ phận rừng Amazon do hỏa hoạn gây ra, kéo theo biết bao thảm cảnh. Nếu một ngày cánh rừng kỳ vĩ này hoàn toàn bị xóa sổ, rất có thể Trái đất sẽ phải đối mặt với những bi kịch còn ghê gớm hơn nhiều.

Tổng hợp và kiểm chứng những sự thật thú vị mà cộng đồng Reddit thường kể với cư dân mạng

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Tổng hợp và kiểm chứng những sự thật thú vị mà cộng đồng Reddit thường kể với cư dân mạng
Biết thêm kiến thức chưa bao giờ là thiệt đúng không?

Loài người thật may mắn vì những loài chim ăn thịt khổng lồ này đã tuyệt chủng

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Loài người thật may mắn vì những loài chim ăn thịt khổng lồ này đã tuyệt chủng
Thật may mắn cho nhân loại thời hiện đại vì những loài chim ăn thịt khổng lồ này đã bị tuyệt chủng, nếu không rất có thể chúng ta sẽ biến thành bữa ăn nhẹ của chúng bất cứ lúc nào.

Điều gì xảy ra nếu đường kính của Trái Đất tăng thêm 1 cm mỗi ngày?

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
Điều gì xảy ra nếu đường kính của Trái Đất tăng thêm 1 cm mỗi ngày?
Nếu đường kính Trái Đất tăng thêm 1cm mỗi ngày thì khi nào vận mệnh của hành tinh xanh sẽ bị diệt vong?

[Vietsub] Ngôi làng Ấn Độ có tỷ lệ tội phạm bằng 0: nhà không cửa, cửa hiệu không khóa, 500 năm không hề có trộm cắp

tinybook tinybook 3 tuần 3 ngày
[Vietsub] Ngôi làng Ấn Độ có tỷ lệ tội phạm bằng 0: nhà không cửa, cửa hiệu không khóa, 500 năm không hề có trộm cắp
Bạn có muốn chuyển tới sống tại Shani Shingnapur, ngôi làng nhỏ chưa xảy ra trộm cắp suốt nửa thiên niên kỷ nay?

Nghiên cứu khoa học: Con người và chuối là họ hàng thân thiết, ADN giống nhau đến 50%?

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Nghiên cứu khoa học: Con người và chuối là họ hàng thân thiết, ADN giống nhau đến 50%?
Có thông tin cho rằng chuối có ADN giống người 50%. Nhưng sự thực có phải vậy không?

Những bức ảnh về các khu vực bí mật trên máy bay mà du khách không được phép bén mảng tới bao giờ

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Những bức ảnh về các khu vực bí mật trên máy bay mà du khách không được phép bén mảng tới bao giờ
Có những khu vực thậm chí hành khách còn không nghĩ là có tồn tại.

Giữa lúc bong bóng xe ô tô điện có thể sắp 'nổ tung', Trung Quốc đang gấp rút ra mắt chiếc xe hơi điện 'made in China' đầu tiên

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Giữa lúc bong bóng xe ô tô điện có thể sắp nổ tung, Trung Quốc đang gấp rút ra mắt chiếc xe hơi điện made in China đầu tiên
Theo dữ liệu từ Hiệp hội Công nghiệp ô tô Trung Quốc, số lượng xe sử dụng nguồn năng lượng mới được bán trong năm 2014 đã tăng gấp 4 lần so với năm trước và tiếp tục nhân lên hơn 4 lần trong năm 2015 với con số hơn 330.000 xe.

Phát hiện chưa từng có: Mưa tuyết bằng sắt đang rơi dồn dập bên trong lõi Trái Đất

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Phát hiện chưa từng có: Mưa tuyết bằng sắt đang rơi dồn dập bên trong lõi Trái Đất
Ở trong lòng Trái Đất cũng tồn tại một dạng ‘mưa tuyết’ đặc biệt, khác hoàn toàn với tuyết trên mặt đất.

Tuổi thọ của các loài động vật được định sẵn trong DNA, và loài người chỉ thọ 38 năm mà thôi

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Tuổi thọ của các loài động vật được định sẵn trong DNA, và loài người chỉ thọ 38 năm mà thôi
Loài người có tuổi thọ "tự nhiên" là khoảng 38 năm, theo một phương thức mới dùng để ước tính tuổi thọ của các chủng loài khác nhau dựa trên phân tích DNA.

Những bức "ảnh tự sướng" lâu đời nhất mọi thời đại

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Những bức "ảnh tự sướng" lâu đời nhất mọi thời đại
Mọi người đã chụp "ảnh tự sướng" từ rất lâu, nhưng tại thời điểm những bức ảnh này xuất hiện, chúng được gọi là "chân dung tự họa".

Nghiên cứu: Ăn uống điều độ, đúng bữa, đúng giờ giúp ngăn bệnh tiểu đường, huyết áp cao?

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Nghiên cứu: Ăn uống điều độ, đúng bữa, đúng giờ giúp ngăn bệnh tiểu đường, huyết áp cao?
Theo một nghiên cứu mới đây cho thấy, việc ăn uống trong một khoảng thời gian quy định có thể giúp giảm cân, cải thiện chất lượng giấc ngủ và chống huyết áp cao.

Tìm hiểu đôi nét về Antonov An-225, siêu máy bay vận tải được mệnh danh là “chú chim” lớn nhất bầu trời

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Tìm hiểu đôi nét về Antonov An-225, siêu máy bay vận tải được mệnh danh là “chú chim” lớn nhất bầu trời
Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá những điều thú vị xoay quanh chiếc máy bay vận tải lớn nhất thế giới hiện nay.

Những sự kiện lịch sử nghe có vẻ hư cấu nhưng lại hoàn toàn có thật

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Những sự kiện lịch sử nghe có vẻ hư cấu nhưng lại hoàn toàn có thật
Thế giới chúng ta đang sống là một nơi đầy rẫy những sự điên rồ và trải dài lịch sử nhân loại luôn có những câu chuyện lịch sử vô cùng lạ lùng, tưởng chừng như chúng hoàn toàn hư cấu.

Phát hiện tác phẩm nghệ thuật lâu đời nhất thế giới trong hang động ở Indonesia

tinybook tinybook 3 tuần 4 ngày
Phát hiện tác phẩm nghệ thuật lâu đời nhất thế giới trong hang động ở Indonesia
Bức tranh trong vách hang Leang Bulu' Sipong trên đảo Sulawesi của Indonesia có thể sẽ là tác phẩm nghệ thuật lâu đời nhất thế giới, sau khi giới khoa học xác định bức vẽ này đã tồn tại gần 44.000 năm.

Khám phá ngôi đền cổ 1.200 năm tuổi được tạc từ duy nhất một khối đá siêu to khổng lồ

tinybook tinybook 3 tuần 5 ngày
Khám phá ngôi đền cổ 1.200 năm tuổi được tạc từ duy nhất một khối đá siêu to khổng lồ
Ngôi đền Hindu cổ 1.200 năm tuổi này được chạm khắc từ duy nhất một khối đá khiến cho nhiều người cảm thấy kinh ngạc và cho rằng có lẽ nó không được tạo ra từ bàn tay của con người.

Các nhà khoa học đã tìm ra giải pháp giúp bia có nhiều bọt hơn và bột giặt ít bọt đi

tinybook tinybook 3 tuần 5 ngày
Các nhà khoa học đã tìm ra giải pháp giúp bia có nhiều bọt hơn và bột giặt ít bọt đi
Thông qua một nghiên cứu về cách hình thành bọt và tuổi thọ bọt, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách để giữ được bọt tồn tại lâu hơn hoặc khắc chế không cho bọt xuất hiện quá nhiều khi cần thiết.

Đi tìm lời giải cho những đường hầm đá bí ẩn tại Nam Mỹ, đầy dấu vết móng vuốt của một loài thú khổng lồ

tinybook tinybook 3 tuần 5 ngày
Đi tìm lời giải cho những đường hầm đá bí ẩn tại Nam Mỹ, đầy dấu vết móng vuốt của một loài thú khổng lồ
Tại Nam Mỹ, có những đường hầm đá khổng lồ không phải là dấu vết của kiến tạo tự nhiên, cũng không phải do bàn tay của con người tạo ra, thay vào đó, chúng tồn tại rất nhiều dấu vết của móng vuốt.

Xưởng sản xuất khuôn giày thủ công có lịch sử hơn 100 năm tại Nhật Bản phải đóng cửa vì không theo kịp công nghệ in 3D

tinybook tinybook 3 tuần 5 ngày
Xưởng sản xuất khuôn giày thủ công có lịch sử hơn 100 năm tại Nhật Bản phải đóng cửa vì không theo kịp công nghệ in 3D
Cái kết buồn cho một xưởng sản xuất thủ công với lịch sử hết sức lâu đời của Nhật Bản

Dùng thiết bị lặn khám phá đáy đại dương tăm tối, tình cờ phát hiện loài cá kì lạ có thể đứng bằng 'chân'

tinybook tinybook 3 tuần 5 ngày
Dùng thiết bị lặn khám phá đáy đại dương tăm tối, tình cờ phát hiện loài cá kì lạ có thể đứng bằng chân
Dài tới 1,5m, nặng gần 50kg, loài cá hiếm này có lớp vây rất khỏe, có thể sử dụng để di chuyển dưới đáy biển như bàn chân của động vật trên cạn

“Công nghệ Giọng nói” Bước ngoặt trải nghiệm người dùng thời đại số

tinybook tinybook 3 tuần 6 ngày
“Công nghệ Giọng nói” Bước ngoặt trải nghiệm người dùng thời đại số
Khi cuộc cách mạng công nghệ thời giao tiếp bằng giọng nói hoàn tất cũng là lúc bất kỳ ai trong chúng ta đều có thể trải nghiệm những thiết bị thông minh bằng chính giọng nói của mình.

Anh em shipper bên Mỹ lập hẳn group Facebook về những chú chó mà họ gặp hàng ngày khi đang giao hàng

tinybook tinybook 3 tuần 6 ngày
Anh em shipper bên Mỹ lập hẳn group Facebook về những chú chó mà họ gặp hàng ngày khi đang giao hàng
Vào năm 2013, những tài xế của UPS Sean McCarren đã tạo ra một nhóm Facebook để kể về những người bạn 4 chân mà họ gặp trên các tuyến đường hàng ngày mà họ đi giao hàng.

Loài chim di cư có thực sự là do chúng sợ lạnh?

tinybook tinybook 3 tuần 6 ngày
Loài chim di cư có thực sự là do chúng sợ lạnh?
Chim di trú, chim di cư hay sự di cư của chim chỉ sự di chuyển đều đặn theo mùa, thường trên một đường bay theo chiều bắc nam giữa nơi sinh sản và nơi trú đông. Nhiều loài chim có tập tính di cư, nhưng thực sự quá trình thay đổi chỗ ở này có phải là do chúng sợ lạnh?
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat