Vật liệu graphen nano hỗn hợp giúp cải thiện hiệu xuất pin sạc

2013-11-18 19:20
    Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley thuộc Bộ Năng lượng Mỹ đã chế tạo thành công một loại vật liệu hỗn hợp graphen-thiếc nano, thích hợp cho việc lưu trữ năng lượng công suất cao ở các loại pin ion liti có thể sạc lại nhiều lần.
 
Hình ảnh về Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley
 
Bằng cách bọc thiếc giữa các tấm graphen, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một cấu trúc nhiều lớp mới và nhẹ nhằm làm tăng hiệu suất hoạt động của pin mà không cần bổ sung chất phụ gia hoặc chất kết dính.
 
Graphen là một “tấm lưới” mỏng làm từ các nguyên tử cacbon với độ dày chỉ bằng một nguyên tử, có các đặc tính điện tử và cơ học tốt hơn nhiều so với silic và các vật liệu bán dẫn truyền thống khác.
 
Mô hình các "tấm lưới" Graphene
 
Trong nghiên cứu nói trên, nhóm nghiên cứu đã xếp xen kẽ các lớp graphen và thiếc để làm thành một hỗn hợp có kích thước nano. Để tạo ra vật liệu hỗn hợp, các nhà khoa học đã cho kết lắng một lớp màng thiếc mỏng lên trên graphen. Tiếp theo, họ đặt một tấm graphen khác lên mặt trên của lớp màng thiếc. Quá trình này được lặp lại nhiều lần để tạo ra một vật liệu composit, sau đó vật liệu này được nung đến 3000C trong mỗi trường khí hydro và argon. Trong quá trình xử lý nhiệt này, lớp màng thiếc biến đổi thành những dãy cột làm tăng chiều cao của lớp thiếc.
 
Theo các nhà nghiên cứu, sự hình thành của các cột nano thiếc từ lớp màng mỏng là hiện tượng rất đặc trưng đối với hệ thống này, và họ nhận thấy khoảng cách giữa đỉnh và đáy của các lớp graphen thay đổi theo chiều cao của lớp thiếc.
 
Chính sự thay đổi chiều cao giữa các lớp graphen trong vật liệu nano hỗn hợp mới đã tỏ ra hữu ích trong quá trình khôi phục pin theo phương pháp điện hóa, do sự thay đổi thể tích của thiếc làm tăng hiệu suất của điện cực. Ngoài ra, những thay đổi đó còn giúp cho pin có thể được sạc lại nhanh chóng nhiều lần mà không bị thoái hóa – đây là yêu cầu rất quan trọng đối với ắcquy dung cho các loại xe điện.