Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Stanford đã chế tạo được loại pin lithium-ion đầu tiên có khả năng ngừng họat động trước khi trở nên quá nóng, sau đó khởi động lại ngay lập tức khi nhiệt độ giảm.

Công nghệ mới có thể ngăn chặn hiện tượng cháy nổ, dẫn đến việc thu hồi và cấm sử dụng một loạt các thiết bị chạy bằng pin, từ ghế tựa và máy tính cho đến hệ thống định vị và xe trượt 2 bánh.

"Mọi người đã thử nhiều cách để khắc phục hiện tượng cháy bất ngờ trong pin lithium-ion", Zhenan Bao, Giáo sư kỹ thuật hóa học tại trường Đại học Stanford nói. "Chúng tôi đã thiết kế được loại pin đầu tiên có thể ngừng họat động và tái khởi động trong các chu kỳ tăng và giảm nhiệt mà không ảnh hưởng đến hiệu suất pin".

Pin lithium-ion thông dụng gồm hai điện cực và một chất điện phân lỏng hoặc dạng gel vận chuyển các hạt tích điện giữa 2 điện cực. Việc đâm thủng, làm chập mạch hoặc sạc pin quá lâu sinh ra nhiệt. Nếu nhiệt độ đạt khoảng 150^oC, chất điện phân có thể bắt lửa và gây nổ.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang áp dụng công nghệ nano. GS. Bao đã sáng chế ra cảm biến mang theo người để theo dõi nhiệt độ cơ thể. Cảm biến được làm từ vật liệu nhựa chứa các hạt niken rất nhỏ với những chiếc gai nano nhọn nhô lên từ bề mặt của chúng.

Trong thử nghiệm pin, các nhà nghiên cứu đã phủ graphene, lớp các bon dày một nguyên tử lên các hạt niken gai nhọn và gắn các hạt niken đó lên màng nhựa PE (polyethylene) mỏng, co giãn.

"Chúng tôi đã phủ màng nhựa PE lên một trong các điện cực của pin, do đó, dòng điện có thể được truyền qua", Zheng Chen, tác giả chính của nghiên cứu nói. "Để dẫn điện, các hạt niken phải tiếp xúc với nhau về mặt vật lý. Nhưng trong quá trình giãn nở vì nhiệt, nhựa PE giãn ra, làm cho các hạt niken phân tách. Vì vậy, màng không dẫn điện nên điện không thể truyền qua pin".

Khi các nhà nghiên cứu làm nóng pin ở nhiệt độ 70^oC, màng nhựa PE nhanh chóng nở ra như một quả bóng, làm cho các hạt niken tách rời nhau và pin ngừng họat động. Nhưng khi nhiệt độ giảm xuống dưới 70^oC, lớp nhựa PE co lại, các hạt lại tiếp xúc với nhau và pin bắt đầu phát điện.

"Thậm chí, chúng tôi có thể điều chỉnh nhiệt độ cao hoặc thấp hơn tùy theo số lượng hạt mà chúng tôi đặt vào hoặc loại vật liệu polime chúng tôi lựa chọn" GS. Bao, cho biết. "Ví dụ, chúng tôi muốn pin ngừng họat động ở nhiệt độ 50^oC hay 100^oC".

Để kiểm tra độ ổn định của vật liệu mới, các nhà khoa học liên tục tăng nhiệt cho pin bằng máy xì hơi nóng. Kết quả cho thấy pin ngừng họat động khi trở nên quá nóng và nhanh chóng hoạt động trở lại khi nhiệt độ hạ.

PGS. Yi Cui, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "So với các phương pháp trước đây, thiết kế của chúng tôi cung cấp một chiến lược đáng tin cậy và nhanh chóng để vừa đạt cả hiệu suất pin cao lẫn độ an toàn. Chiến lược này có triển vọng cho các ứng dụng pin trên thực tế".