Samsung phát triển "cầu graphene" phủ 2 cực pin Li-ion, sạc nhanh hơn 5 lần, thêm 45% dung lượng

Viện công nghệ tiên tiến của Samsung (SAIT), nhánh sản xuất pin của Samsung (SDI) và Trường kỹ thuật sinh hóa thuộc đại học quốc gia Seoul, Hàn Quốc đã tìm cách ứng dụng graphene - loại vật liệu thần kỳ gốc carbon có nhiều đặc tính độc đáo, vào pin Li-ion nhằm tăng dung lượng tổng thể của pin lên 45% đồng thời giúp pin được sạc đầy nhanh hơn 5 lần so với thông thường. Các nhà khoa học của Samsung đã tạo ra một thứ gọi là "quả cầu graphene" phủ lên 2 cực trong pin Li-ion.

Pin Li-ion được thương mại hóa lần đầu vào năm 1991 và đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường di động cũng như phương tiện chạy điện. Tuy nhiên, pin Li-ion tiêu chuẩn thường mất rất nhiều thời gian để sạc đầy, ít nhất là 1 giờ cho dù sử dụng công nghệ sạc nhanh mới nhất hiện nay. Thêm vào đó pin Li-ion cũng đã chạm ngưỡng giới hạn về dung lượng, vì vậy nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhằm khai thác các loại vật liệu mới và graphene được quan tâm hàng đầu bởi các đặc tính độc đáo của nó.

​

Quả cầu graphene về cơ bản là một cấu trúc 3D tổng hợp từ silicon dioxide (SiO2) và được sử dụng làm lớp bảo vệ cho anode (cực dương) cũng như vật liệu làm cathode (cực âm) trong pin Li-ion. Cầu graphene sẽ ngăn chặn các phản ứng phụ gây hại đồng thời cung cấp đường dẫn điệu hiệu quả giúp sạc nhanh hơn (electron trong graphene di chuyển nhanh hơn 140 lần so với silicon) và tăng chu kỳ sạc xả trước khi hỏng của cell pin. Theo Samsung, một cell pin dùng công nghệ cầu graphene này có mật độ năng lượng/thể tích cao hơn 27,6% so với một cell pin cùng thể tích thông thường. Thêm vào đó, cell pin dùng cầu graphene có thể giữ được 78,6% dung lượng sau 500 lần sạc xả ở nhiệt độ từ 5 đến 60 độ C.

​

Samsung mô tả rằng hạt graphene cho phép tăng thêm 45% dung lượng pin so với một thỏi pin thông thường cùng kích thước và cho phép pin sạc nhanh hơn gấp 5 lần, hãng nói mất chỉ 12 phút để sạc đầy nhưng không nói rõ mức dung lượng pin. Hứa hẹn là vậy nhưng Samsung vẫn chưa tiết lộ có áp dụng công nghệ này trên các sản phẩm thương mại hay không. Chi phí thay đổi công nghệ sản xuất pin hiện tại sẽ không nhỏ nhưng Samsung cho rằng vật liệu cầu graphene không đắt để sản xuất nếu sử dụng công nghệ xử lý lắng đọng bay hơi hóa học mới của hãng này. Để "nuôi cấy" graphene xung quanh các hạt SiO2 với đường kính 20 - 30 nm thì Samsung cho hỗn hợp vật liệu vào lò nung và đưa khí methane (CH4) vào ở nhiệt độ 1000 độ C.

Tiến sĩ Son In-hyk - lãnh đạo dự án tại SAIT cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi nhằm sản xuất tổng hợp vật liệu graphene đa chức năng ở một mức giá chấp nhận được. Cùng lúc đó, chúng tôi đã có thể cải thiện dung lượng của pin Li-ion trong hoàn cảnh thị trường dành cho các thiết bị di động và phương tiện chạy điện đang phát triển rất nhanh. Chúng tôi giữ vững cam kết tiếp tục khám phá và phát triển công nghệ pin thứ cấp để đáp ứng cho các xu hướng này."

Theo: Samsung​