Pin lithium-ion rất phổ biến, cung cấp năng lượng cho nhiều thứ, như điện thoại thông minh, máy tính xách tay, xe điện, do có mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài. Nhưng vấn đề an toàn là mối quan tâm chính của những loại pin này, bởi pin hỏng tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ.
Một nghiên cứu công bố trên ACS Applied Materials & Interfaces giới thiệu một cảm biến mới, có thể giúp ngăn ngừa các lỗi nguy hiểm của pin lithium-ion, cải thiện độ an toàn của pin.
Quá nhiệt hoặc hỏng các tế bào pin có thể giải phóng chất dễ bay hơi, có khả năng bắt lửa, gây ra hỏa hoạn hoặc nổ. Do đó, việc phát triển cảm biến khí có độ nhạy cao, có tính chọn lọc, chi phí thấp, dễ tích hợp và tiết kiệm năng lượng là rất quan trọng.
Các nhà nghiên cứu cho biết nghiên cứu của họ được thúc đẩy bởi nhu cầu cấp thiết về an toàn của pin. Bằng cách phát hiện sớm rò rỉ chất điện phân, công trình của họ nhằm cải thiện hệ thống quản lý pin, ngăn ngừa hỏng hóc và nâng cao độ tin cậy công nghệ pin lithium-ion.
Cảm biến mới phát hiện một lượng nhỏ hơi ethylene carbonate (EC), một thành phần chính của chất điện phân trong pin, có thể xác định các lỗi tiềm ẩn trước khi chúng trở thành vấn đề lớn.
Các nhà nghiên cứu phát triển cảm biến khí có độ nhạy cao, hiệu quả về chi phí bằng cách sử dụng các khung hữu cơ cộng hóa trị (COF), cấu trúc phân tử được thiết kế để phát hiện có chọn lọc các loại khí cụ thể. Đây là lần đầu tiên một cảm biến dựa trên COF được thiết kế tính toán để phát hiện EC.
Sau khi sàng lọc hàng trăm vật liệu tiềm năng bằng các phương pháp tính toán, các nhà nghiên cứu đã xác định COF-QA-4 là ứng cử viên tốt nhất. Vật liệu này có độ nhạy và chọn lọc cao, nhắm mục tiêu vào khí EC có hại, trong khi bỏ qua các hơi khác.
Cảm biến có thể phát hiện sớm rò rỉ trước khi chúng gây nguy hiểm. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, cảm biến đã chứng minh hiệu suất vượt trội, có khả năng phát hiện hơi EC ở nồng độ thấp tới 1,15 phần triệu (ppm).
Theo các nhà nghiên cứu, tác động tiềm tàng của cảm biến này không chỉ giới hạn ở xe điện mà còn có thể tích hợp vào hệ thống quản lý pin của các thiết bị thông minh ở gia đình và hệ thống an toàn công nghiệp, giúp cảnh báo sớm rò rỉ khí nguy hiểm, ngăn ngừa cháy nổ có thể xảy ra.
Việc tích hợp cảm biến này vào các hệ thống thiết bị hiện có sẽ cho phép các nhà sản xuất thực hiện các biện pháp chủ động để tránh các tình huống nguy hiểm, giúp ngăn ngừa sự cố và bảo vệ tài sản bằng cách phát hiện ra các nguy cơ trước khi chúng trở nên nghiêm trọng hơn.
