Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu tin rằng, phần lớn các hạt bên trong pin vẫn cố định tại chỗ và xuống cấp dần dần. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy, các hạt này thực sự di chuyển linh hoạt, va chạm và sắp xếp lại trong quá trình hoạt động, đẩy nhanh quá trình hao mòn và hỏng hóc pin.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Northeastern, đã quan sát cách các vật liệu trong pin hoạt động theo thời gian thực. Pin bị hỏng theo thời gian vì các vật liệu bên trong không giữ nguyên vị trí. Nghiên cứu cho thấy, các hạt di chuyển linh hoạt hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.

Nhóm nghiên cứu phát hiện, trong quá trình pin sạc và xả, các hạt bên trong pin hoạt động giống như các vật thể di chuyển nhanh, liên tục thay đổi vị trí. Chúng di chuyển giống như sao băng hơn là đứng yên. Chuyển động này tạo ra ứng suất, dẫn đến các vết nứt và cuối cùng là hỏng hóc.

Sự chuyển động liên tục này có nghĩa là các hạt thường xuyên va chạm và sắp xếp lại, tạo ra các điểm yếu bên trong cấu trúc pin. Theo thời gian, các thay đổi lặp đi, lặp lại này, góp phần làm giảm hiệu suất và mất dung lượng pin.

Các phát hiện này giúp giải thích tại sao pin thường xuống cấp nhanh hơn dự kiến, đặc biệt là khi sử dụng nhiều. Nó cũng làm nổi bật lý do tại sao việc cải thiện độ bền của pin vẫn là một thách thức, bất chấp các tiến bộ về vật liệu sử dụng trong pin.

Nghiên cứu cho thấy, ứng suất cơ học do chuyển động của các hạt, đóng vai trò quan trọng trong quá trình lão hóa pin. Khi các hạt dịch chuyển, chúng tạo ra ứng suất bên trong, có thể dẫn đến nứt vỡ và giảm hiệu suất. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science.

Hiểu được hành vi này mở ra hướng đi mới để cải thiện thiết kế pin. Các kỹ sư có thể phát triển các vật liệu hoặc cấu trúc để hạn chế sự chuyển động hoặc hấp thụ tốt ứng suất do các hạt gây ra. Điều này có thể dẫn đến các thiết kế bền hơn, duy trì hiệu suất tốt trong thời gian dài hơn.

Phát hiện này cũng chỉ ra những hạn chế của các mô hình pin hiện tại, thường giả định rằng vật liệu vẫn ổn định về cấu trúc theo thời gian. Nếu như bỏ qua hành vi di chuyển của các hạt, các mô hình pin hiện tại có thể đánh giá thấp tốc độ tích tụ hư hỏng thực tế bên trong pin.

Hiểu biết này có thể định hướng các tiêu chuẩn pin và phương pháp thử nghiệm trong tương lai để phản ánh tốt hơn hiệu suất thực tế và độ tin cậy lâu dài của pin dưới áp lực. Nó chuyển trọng tâm từ sự phân hủy hóa học sang động lực vật lý bên trong pin.

Bằng cách tập trung vào cách các hạt di chuyển thay vì chỉ nghiêng về cách chúng bị phân hủy, nghiên cứu này đưa ra góc nhìn mới về vấn đề lưu trữ năng lượng. Phát hiện này có thể thay đổi cách các nhà khoa học thiết kế pin bền hơn cho các thiết bị điện tử và xe điện.