Tìm thấy kim loại thủy tinh quý hiếm trong quá trình nghiên cứu pin lithium

Theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Materials, các nhà khoa học vừa phát hiện ra kim loại thủy tinh quý hiếm, giúp các nhà nghiên cứu chế tạo pin hiệu quả hơn.

Trong thí nghiệm của mình, các nhà khoa học vật liệu tại trường Đại học California San Diego và Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho đã phát hiện ra rằng, khi làm chậm quá trình sạc lại trong pin lithium, hiệu suất của pin được cải thiện. Việc giảm tốc độ sạc khiến các điện cực pin tích tụ các nguyên tử không theo trật tự.

Hình ảnh cho thấy trong quá trình sạc pin, các nguyên tử lithium đang trộn lẫn để tạo thành phôi kim loại thủy tinh và được lắng đọng vào điện cực. Ảnh của Đại học California, San Diego.

Trong quá trình sạc lại với tốc độ chậm, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy một loại lithium thủy tinh không tinh thể, một dạng chưa từng thấy của lithium. Ngoài cải tiến hiệu suất pin, các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng các thí nghiệm để xác định các kim loại thủy tinh quý hiếm khác.

Trong quá trình sạc lại pin, các nguyên tử lithium được lắng đọng trên bề mặt cực dương. Vì sự lắng đọng theo mô hình thất thường, hiệu suất sạc thường thay đổi. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết các mô hình lắng đọng chịu tác động do sự tích tụ của một vài nguyên tử lithium đầu tiên, được gọi là quá trình chuyển pha.

Gorakh Pawar, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho, cho biết, "Sự tích tụ này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, độ an toàn và độ tin cậy của pin".

Bằng việc sử dụng kính hiển vi điện tử mạnh được làm mát bằng nitơ lỏng để theo dõi phôi nguyên tử bắt đầu quá trình chuyển pha. Các mô hình máy tính đã giúp các nhà nghiên cứu giải thích hình ảnh. Nhóm nghiên cứu nhận thấy một số điều kiện sạc đã tạo ra lithium vô định hình, giống như thủy tinh thay cho lithium tinh thể.

Trước đây, các nhà khoa học đã phải sử dụng hợp kim, hỗn hợp kim loại khác nhau để sản xuất kim loại thủy tinh. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học trực tiếp quan sát được kim loại vô định hình nguyên chất.

Khi kim loại thủy tinh bắt đầu quá trình chuyển pha, phôi lithium vẫn duy trì trạng thái vô định hình trong suốt quá trình sạc, cải thiện hiệu suất của pin.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, tốc độ lắng đọng chậm cho phép hình thành phôi kim loại thủy tinh, trái ngược với những gì các nhà khoa học mong đợi với giả thuyết rằng, tốc độ lắng đọng chậm hơn sẽ cho phép các nguyên tử tập hợp thành các thành phần cứng hơn.

Sau khi sử dụng thuật toán máy tính để xác định các điều kiện lý tưởng cho sự hình thành kim loại thủy tinh, các nhà khoa học đã sản xuất thành công dạng thủy tinh của bốn kim loại.

Do có phản ứng tốt hơn nên ngoài việc cải thiện hiệu suất pin, nghiên cứu tạo ra kim loại thủy tinh còn góp phần truyền cảm hứng cho nhiều ứng dụng khoa học công nghệ khác.

Cấu trúc kim loại thủy tinh quan sát được trong nghiên cứu này thường rất khó sản xuất, điều này làm cho sự xuất hiện của chúng trở nên hấp dẫn hơn - và với các nghiên cứu sâu hơn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng vượt ra ngoài lĩnh vực sản xuất pin.

Theo: https://www.upi.com/Science_News/2020/07/28/Rare-glassy-metal-discovered-by-scientists-studying-lithium-batteries/2781595940109/