Pin lithium-ion là thiết bị quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Mật độ năng lượng cao cho phép chúng lưu trữ lượng điện năng khổng lồ so với kích thước của chúng, khiến chúng trở thành lựa chọn hàng đầu cho xe điện, điện thoại thông minh và các thiết bị điện tử khác.
Pin sạc lại cần hai thành phần để phản ứng hóa học xảy ra: cực dương là lithium kim loại oxy hóa và giải phóng electron, cực âm là oxit giàu niken tích điện các electron đó. Nhưng một sản phẩm phụ khác là khí dễ cháy. Nếu bị đốt cháy, ngọn lửa dữ dội có thể cháy trong nhiều giờ, đồng thời thải ra khói chứa đầy hóa chất độc hại.
Với nguy cơ này, các kỹ sư liên tục tìm cách cải tiến thiết kế và vỏ pin. Một số nhà nghiên cứu cho rằng, thêm lớp bảo vệ khác cũng có thể tăng cường độ an toàn cho pin. Theo một nghiên cứu công bố ngày 14/ 7 trên ấn phẩm của Viện hàn lâm khoa học quốc gia, việc tích hợp bộ phận chữa cháy vào pin lithium-ion có thể mang lại giải pháp an toàn, hiệu quả hơn cho tài xế và hành khách.
Một nhóm nghiên cứu do nhà hóa học Ying Zhang thuộc Viện hóa học, Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc dẫn đầu, gần đây phát triển một pin lithium nguyên mẫu với cực âm được tẩm polymer chống cháy. Sau đó, họ thử nghiệm nó với pin lithium kim loại tiêu chuẩn bằng cách tăng dần nhiệt độ bên trong, bắt đầu từ 50 độ C.
Cả hai loại pin đều bắt đầu quá nhiệt sau khi vượt quá 100 độ C, nhưng đó là lúc vật liệu mới của pin nguyên mẫu phát huy tác dụng, các polymer đặc biệt bên trong cực âm tự phân hủy, giải phóng hóa chất ức chế ngọn lửa, ngăn chặn sự tích tụ khí dễ cháy. Khi vượt quá 120 độ C, phản ứng dây chuyền mất kiểm soát của pin tiêu chuẩn khiến nó phát nổ trong vòng 13 phút, ngọn lửa cuối cùng lên tới 1.000 độ C. Ngược lại, pin nguyên mẫu đạt đỉnh ở 220 độ C mà không hề bắt lửa.
Chiến lược kiểm soát khí thông minh này tăng cường cả độ an toàn nhiệt và độ ổn định điện hóa, mở ra hướng đi đột phá cho pin lithium kim loại chống cháy, các tác giả của nghiên cứu giải thích. Nếu có thể mở rộng quy mô, thiết kế của nhóm nghiên cứu có thể giúp ngăn ngừa nhiều vụ cháy pin bằng cách dập tắt ngay cả khi ngọn lửa chưa bắt đầu.
Để giảm thiểu rủi ro, một số nhà sản xuất phủ lên pin của họ các hóa chất chống cháy, nhưng các nghiên cứu trước đây cho thấy chúng không thực sự ngăn ngừa được cháy. Hơn nữa, các hóa chất đó có thể thải ra nhiều khí độc vào không khí khi bị đốt nóng. Để thiết kế mới nhất này hiệu quả, các kỹ sư sẽ cần đảm bảo phát minh của họ không chỉ ngăn ngừa cháy mà còn không tạo ra bất kỳ khí độc hại nào. Điều này có vẻ đúng, ít nhất cho đến nay.
