Pin Lithium
Con người ngày càng quan tâm đến năng lượng điện tái tạo được. Đó cũng là lý do để nhiều nhà nghiên cứu tập trung chế tạo các hệ thống có khả năng dự trữ điện trong thời gian dài với hiệu suất sử dụng cao. Hiện tại, ứng cử viên nặng ký nhất là các bộ ắc quy ion lithium nhưng chất liệu này lại có giá thành cao và đặc biệt là không an toàn đối với các thiết bị có kích thước nhỏ do nó có khả năng phát nổ ở nhiệt độ cao. Nhóm nghiên cứu của Atsuo Yamada tại Viện công nghệ Tokio (Nhật Bản) đang tìm phương pháp để khắc phục nhược điểm này của pin lithium và đặc biệt đặt niềm hy vọng vào việc ứng dụng rộng rãi cho các phương tiện sử dụng hai hay nhiều loại năng lượng (hybrid vehicle).
Các nhà khoa học cho biết trong tương lai chúng ta có thể chế tạo các điện cực từ lithium iron phosphate (LiFePO4) vì chất này, thay bằng cách điện, lại có tốc độ nạp và giải phóng điện cao. Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên đã quan sát được cách thức lithium khuyếch tán qua vật liệu đầy hứa hẹn này bằng cách sử dụng nhiễu xạ nơtrôn để nghiên cứu các mẫu LixFePO4 có nồng độ lithium khác nhau ở nhiệt độ khác nhau. Bằng phương pháp đo nơtrôn phân tán và ứng dụng phương pháp thống kê có tên gọi "phương pháp entrôpi cực đại" để tính toán chuyển động của các nguyên tử lithium do ảnh hưởng của nhiệt độ. Sự chuyển động này, theo kết quả thí nghiệm, gồm từ rung động đến khuyếch tán. Các nguyên tử lithium có khuynh hướng "tránh xa" mặt phẳng giao diện chung giữa tứ diện tinh thể phosphate và bát diện của oxít sắt. Kết quả làm tăng lực đẩy tĩnh điện.
Theo Yamada, đặc điểm khuyếch tán giới hạn trong không gian của lithium có thể làm tăng tốc độ các phản ứng điện hóa và tin tưởng rằng LiFePO4 sẽ nhanh chóng được ứng dụng cho các loại xe sử dụng hai hay nhiều loại năng lượng. Ông cũng cho rằng khả năng "đảm nhận một mình" của ắc quy lithium vẫn còn trong mơ và cần sự hỗ trợ của các tiến bộ kỹ thuật trong tương lai. Nhà khoa học cũng nhắc nhở rằng con người không nên loại bỏ hay quên công nghệ một cách nhanh chóng vì "chỉ ba năm trước đây không ai nghĩ rằng LiFePO4 lại là những cực điện đơn giản chỉ vì nó có tính cách điện nhưng bây giờ điện cực từ chất này đã được thương mại hóa và tất cả mọi người trên thế giới đều đồng ý rằng nó là một loại vật liệu có nhiều hứa hẹn trong tương lai".
Abstract[sửa]
Title: Experimental visualization of lithium diffusion in LixFePO4 Tạp chí Nature materials, 10/2008
Chemical energy storage using batteries will become increasingly important for future environmentally friendly ('green') societies. The lithium-ion battery is the most advanced energy storage system, but its application has been limited to portable electronics devices owing to cost and safety issues1. State-of-the-art LiFePO4 technology as a new cathode material with surprisingly high charge–discharge rate capability has opened the door for large-scale application of lithium-ion batteries such as in plug-in hybrid vehicles2, 3, 4, 5. The scientific community has raised the important question of why a facile redox reaction is possible in the insulating material6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. Geometric information on lithium diffusion is essential to understand the facile electrode reaction of LixFePO4 (0<x<1), but previous approaches have been limited to computational predictions15, 16. Here, we provide long-awaited experimental evidence for a curved one-dimensional chain for lithium motion. By combining high-temperature powder neutron diffraction and the maximum entropy method, lithium distribution along the [010] direction was clearly visualized. [1]
Nguyễn Bá Tiếp, 28/10/2008
