VINACHEM

Giá kẽm tương đối thấp cùng với nguồn cung dồi dào và các tính chất điện hóa thích hợp đang tạo cho ắc quy kẽm ưu thế cạnh tranh cao so với các loại ắc quy khác. Đặc biệt, vì sử dụng chất điện ly dạng nước nên ắc quy kẽm có thể an toàn hơn ắc quy ion liti, do loại ắc quy này sử dụng các hợp chất hữu cơ dễ cháy.

Nhưng ắc quy kẽm thường nhanh bị hỏng. Trong quá trình nạp ắc quy, kẽm thường tạo thành các sợi rắn chắc dạng hình cây (dendrit), chúng có thể phát triển không kiểm soát và chọc thủng màng ngăn giữa các điện cực. Các sợi dendrit sau đó có thể liên kết cực dương và cực âm của ắc quy với nhau, gây đoản mạch ắc quy.

Mới đây, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu của Hải quân Mỹ ở Washington đã chứng minh có thể giải quyết vấn đề trên bằng cách sử dụng điện cực kẽm với cấu trúc xốp như bọt biển, thay cho điện cực kiểu bột ép thông thường.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra những chiếc điện cực kẽm dạng bọt xốp bằng cách cho bột kẽm vào huyền phù dầu - nước, sau đó để hỗn hợp này khô qua đêm.

Cấu trúc bọt xốp giúp cho quá trình oxy hóa kim loại kẽm khi phóng điện diễn ra đồng đều hơn, do đó cũng tạo thành lớp phủ ZnO đồng đều hơn trên anôt dạng xốp.

Tương tự, cấu trúc này cũng giúp cho phản ứng ngược lại trong quá trình nạp - khử ZnO thành Zn kim loại - diễn ra đồng đều hơn.

Ngay cả khi 90% kẽm bị oxy hóa trong quá trình phóng điện, vật liệu bọt xốp vẫn duy trì một lõi kẽm kim loại. Lõi này khiến cho dòng điện phân phối đồng đều hơn trong toàn bộ vật liệu xốp và khó tạo thành các dendrit hơn.

Trong các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã nhận thấy điện cực xốp như trên có thể bảo vệ ắc quy Ni-Zn khi ắc quy trải qua các quá trình nạp - phóng điện lặp đi lặp lại trong những điều kiện mà sẽ tạo thành dendrit ở các mẫu ắc quy đối chứng. Vật liệu kiểu mới cũng cho phép ắc quy chịu được hàng nghìn chu kỳ nạp-phóng điện, thường xảy ra do các quá trình khởi động - dừng liên tục ở các xe lai điện.

Theo một chuyên gia về khoa học vật liệu tại Đại học Tổng hợp Illinois (Mỹ), nhóm nghiên cứu nói trên đã phát hiện một hệ thống đặc biệt hợp lý, tại đó cấu trúc điện cực 3D tạo ra công suất cao nhưng đồng thời đã khống chế sự hình thành dendrit, do đó cho phép ắc quy hoạt động với hiệu suất rất cao trong thời gian dài.

LH

Theo Chemical & Engineering News, 4/2017