Dùng nhiệt kéo dài tuổi thọ pin

Không nên để đồ điện tử của bạn vào lò vi sóng, nhưng để cho pin hoạt động lâu hơn, có lẽ một ngày nào đó bạn sẽ làm nóng chúng lúc không sử dụng. Theo thời gian hoạt động, các điện cực bên trong pin sạc có thể phát sinh những sợi tóc nhỏ xíu, hình nhánh gọi là dendrite, làm ngắn mạch điện khiến pin bị hỏng hoặc thậm chí làm nó cháy. Nhưng nhờ những thí nghiệm mới và mô phỏng trên máy tính, các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ California đã khảo sát chi tiết xem nhiệt độ cao có thể phá hỏng các dendrite này như thế nào – và từ đó có thể kéo dài tuổi thọ pin.

Pin gồm một cực dương và một cực âm, tương ứng gọi là cathode và anode. Khi pin tạo ra dòng điện, các electron chạy từ anode qua mạch điện bên ngoài pin và trở về cathode. Bị mất electron tạo ra dòng điện, nên một số nguyên tử trong anode – một kim loại dẫn điện như lithium chẳng hạn – trở thành ion rồi dịch chuyển sang cathode, đi qua một môi trường lỏng dẫn điện gọi là chất điện phân.

Dùng nhiệt kéo dài tuổi thọ pin

Quan sát không có thiết bị hỗ trợ của các dendrite lithium vô định hình/fractal.

Việc sạc điện cho pin làm đảo ngược quá trình trên, và các ion dịch chuyển trở lại và bám lên anode. Nhưng khi bám trở lại, các ion không dính đồng đều. Thay vậy, chúng tạo ra những chỗ mấp mô vi mô cuối cùng phát triển thành những nhánh dài và lớn dần qua các chu trình sạc. Khi các dendrite này vươn chạm tới cathode, chúng làm ngắn mạch điện. Bây giờ dòng điện chạy qua dendrite thay vì mạch điện ngoài, làm pin trở nên vô dụng và hỏng.

Đồng thời dòng điện làm nóng các dendrite, và bởi vì chất điện phân có xu hướng dễ cháy nên các dendrite có thể đánh lửa. Cho dù các dendrite không làm ngắn mạch điện thì chúng vẫn có thể làm anode vỡ hoàn toàn và trôi nổi trong chất điện phân. Khi đó, anode mất vật liệu, và pin không còn trữ nhiều năng lượng như ban đầu nữa.

Dùng nhiệt kéo dài tuổi thọ pin

Quan sát không có thiết bị hỗ trợ của các dendrite lithium được tạo ra với i = 2 mA, trong thời gian t = 24 h (a) trước và (b) sau khi nhúng vào chậu dầu có nhiệt độ T = 78 C trong t = 48 h. Phần diện tích tô màu giảm từ 64% xuống còn 41%.

“Các dendrite nguy hiểm và làm giảm dung lượng của pin sạc,” phát biểu của Asghar Aryanfar, một nhà khoa học tại Caltech, người đứng đầu nghiên cứu trên. Họ vừa công bố kết quả trên trang bìa tạp chí The Journal of Chemical Physics, số ra tuần này. Mặc dù các nhà nghiên cứu khảo sát pin lithium, một trong những loại pin hiệu quả nhất, nhưng kết quả của họ có thể áp dụng rộng rãi. “Vấn đề dendrite là chung cho mọi loại pin sạc,” Aryanfar nói.

Các nhà nghiên cứu đã nuôi các dendrite lithium trên pin thử nghiệm và làm nóng chúng trong vài ngày. Họ nhận thấy các nhiệt độ lên tới 55oC làm ngắn các dendrite tới 36%. Để xác định nguyên nhân chính xác gây ra hiện tượng thu ngắn này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một máy vi tính chạy mô phỏng tác dụng của nhiệt lên từng nguyên tử lithium tạo nên một dendrite, nó được mô tả bởi dạng hình học đơn giản, lí tưởng hóa là hình chóp.

Các mô phỏng cho thấy nhiệt độ tăng làm kích hoạt các nguyên tử chuyển động theo hai kiểu. Nguyên tử tại đỉnh hình chóp có thể hạ xuống mức thấp hơn. Hoặc một nguyên tử ở mức thấp có thể di chuyển và để lại một khoảng trống, sau đó khoảng trống này được lấp đầy bởi một nguyên tử khác. Các nguyên tử chuyển động ngẫu nhiên, tạo ra đủ lượng chuyển động để làm đứt gãy dendrite.

Bằng cách định lượng phần năng lượng cần thiết để làm biến đổi cấu trúc của dendrite, theo Aryanfar, các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn các đặc trưng cấu trúc của nó. Và trong khi nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin ở nhiệt độ cao – ví dụ xu hướng của nó tự phóng điện hoặc sự xuất hiện của các phản ứng hóa học phụ – nhưng nghiên cứu mới này cho thấy để kéo dài tuổi thọ cho pin, tất cả những gì bạn có thể làm là thêm vào một ít nhiệt.

Tham khảo: "Annealing kinetics of electrodeposited lithium dendrites," by Asghar Aryanfar, Tao Cheng, Agustin J. Colussi, Boris V. Merinov, William A. Goddard III and Michael R. Hoffmann. The Journal of Chemical Physics October 1, 2015 DOI: 10.1063/1.4930014

Nguồn: PhysOrg.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 44)
20/08/2019
Lực ma sát Amontons 1669 Guillaume Amontons (1663–1705), Leonardo da Vinci (1452–1519), Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) Ma sát là lực
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 43)
20/08/2019
Micrographia 1665 Robert Hooke (1635-1703) Mặc dù kính hiển vi đã có mặt kể từ cuối thế kỉ 16, nhưng việc nhà khoa học người
CERN xác nhận ánh sáng có thể tán xạ bởi ánh sáng
19/08/2019
Tán xạ photon-photon là quá trình điện động lực học lượng tử lần đầu tiên đã được xác nhận thực nghiệm đến độ
11 câu hỏi lớn về vật chất tối vẫn chưa được trả lời
18/08/2019
Vào thập niên 1930, một nhà thiên văn Thụy Sĩ tên là Fritz Zwicky để ý thấy các thiên hà trong một đám thiên hà ở xa đang quay
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 18)
18/08/2019
CÂU CHUYỆN ĐẠO ĐỨC Có mọi ước muốn trở thành sự thật là cái gì đó mà chỉ một điều thần tính mới có thể hoàn
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 17)
18/08/2019
ĐẠI DIỆN và THAY THẾ Trong phim "Surrogates", Bruce Willis đóng vai một điệp viên FBI đang điều tra những vụ giết người bí ẩn.
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 42)
16/08/2019
Định luật chất khí Boyle 1662 Robert Boyle (1627-1691) “Marge, sao thế em?” Homer Simpson hỏi khi để ý thấy cơn đau của bà vợ
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 41)
16/08/2019
Máy phát tĩnh điện Von Guericke 1660 Otto von Guericke (1602–1686), Robert Jemison Van de Graaff (1901–1967) Nhà sinh lí học thần kinh

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com