Phát minh được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Boise và Đại học California San Diego, khi các thiết bị này hoạt động theo chu kỳ, các ion liti di chuyển từ điện cực dương, đến điện cực âm nhưng chỉ có thể làm như vậy đến một tốc độ nhất định.

Ở tốc độ sạc nhanh hơn, kim loại lithium tích tụ trên bề mặt của cực dương graphit, làm ảnh hưởng đến hiệu suất của pin và có thể khiến pin bị đoản mạch, quá nóng hoặc thậm chí bốc cháy. Được gọi là lớp mạ lithium, nhóm nghiên cứu đã tìm cách loại bỏ rào cản này trên tuyến đường để sạc nhanh hơn với sự trợ giúp của một hợp chất gọi là niobium pentoxide.

Hình ảnh trước và sau cho thấy sự sắp xếp lại của các nguyên tử trong niobi pentoxit để tạo điều kiện sạc nhanh hơn.

Các nguyên tử trong niobi pentoxit có thể dễ dàng sắp xếp thành nhiều cấu hình ổn định, và các nhà khoa học đã tìm ra một cách khá thuận tiện để làm điều này. Được sử dụng như một cực dương trong một ô đồng xu, ban đầu, niobi pentoxit có một sự sắp xếp lộn xộn, mất trật tự của các nguyên tử. Nhưng các nhà khoa học phát hiện ra rằng khi tế bào được sạc và phóng điện nhiều lần, các nguyên tử đó tự sắp xếp thành một cấu trúc tinh thể có trật tự.

Cấu trúc nano được mô tả như một khung đá muối khối, nó cho phép vận chuyển các ion lithium vào cực dương dễ dàng hơn nhiều khi pin được sạc. Điều này dẫn đến sự ổn định chu kỳ “tuyệt vời” ở tốc độ sạc cao, với pin có dung lượng 225 mAh g −1 ở 200 mA g −1 trong suốt 400 chu kỳ, với hiệu suất Coulombic là 99,93%.

Các nhà khoa học hy vọng có thể điều chỉnh cách tiếp cận này để phát triển các vật liệu pin cải tiến khác, và thậm chí là vật liệu cho các lĩnh vực hoàn toàn riêng biệt như chất bán dẫn.

An Hạ