Các phân tử hoạt động giống như bánh đà có thể giúp đẩy các ion natri đi qua chất điện phân ở trạng thái rắn. Phát hiện này của các nhà nghiên cứu tại Đại học Duke, Mỹ, có thể hỗ trợ sự phát triển của pin thế hệ tiếp theo với nhiều ứng dụng, bao gồm trung tâm lưu trữ dữ liệu, điện thoại thông minh mỏng và xe điện nhẹ.

Pin Lithium-ion là nguồn năng lượng ngày nay được lựa chọn nhiều trong các thiết bị điện tử và xe điện di động. Tuy nhiên, các chất điện phân hữu cơ dễ cháy và độc hại mà chúng chứa là một nguyên nhân đáng lo ngại. Lithium cũng hiếm và đắt so với một số kim loại khác, phổ biến hơn, và nguồn cung toàn cầu có nhiều bất ổn khác nhau.

Mật độ năng lượng của natri thấp hơn lithium, nhưng nó vẫn là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các ứng dụng pin nhờ sự dồi dào tương đối và chi phí thấp hơn. Khó khăn là chỉ có một số vật liệu dẫn ion natri đủ tốt để tạo ra chất điện phân tốt. Do đó, các nhà nghiên cứu rất quan tâm đến việc xác định các chất điện ly rắn mới, trong đó các ion khuếch tán nhanh chóng và hiểu cơ chế chịu trách nhiệm cho sự khuếch tán này là một bước quan trọng trong quá trình đó.

Chế độ phonon âm thanh mạnh mẽ

Do Olivier Delaire, các nhà nghiên cứu Duke đã sử dụng các thí nghiệm tán xạ neutron tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge để nghiên cứu một chất điện ly có thể có, natri thiophosphat (Na₃PS₄). Cấu trúc tinh thể của vật liệu này được biết là tạo ra một đường hầm một chiều cho các ion natri, nhưng công trình mới cho thấy PS lưu huỳnh phốt pho hình kim tự tháp₄ các đơn vị đóng khung các đường hầm cũng xoắn và quay. Chuyển động này làm phát sinh các chế độ phonon aharmonic mạnh hoạt động giống như bánh guồng, giúp các ion natri di chuyển qua vật liệu bằng cách cho phép chúng “nhảy” dọc theo các con đường năng lượng tối thiểu.

Trong khi quá trình này đã được dự đoán bằng lý thuyết, kết quả của Delaire và các đồng nghiệp cho thấy rằng nó phức tạp hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây - điều mà họ đã xác nhận bằng cách sử dụng động lực học phân tử ab Initio và các tính toán động học phân tử mở rộng tại Trung tâm Máy tính Khoa học Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia. Trong các tính toán của mình, nhóm Duke đã sử dụng một thuật toán máy học để phân tích bề mặt năng lượng tiềm năng mà các nguyên tử dao động và chuyển động.

Các nhà nghiên cứu cho biết kết quả của họ, được họ mô tả trong Khoa học Năng lượng & Môi trường, cung cấp hiểu biết vi mô về cách các dao động nguyên tử tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán của các ion natri qua vật liệu. Hiện họ đang nghiên cứu một phiên bản vật liệu hơi khác của họ có chứa antimon thay vì phốt pho.

Các bài viết Các phân tử giống như bánh guồng đẩy các ion natri qua pin thế hệ tiếp theo xuất hiện đầu tiên trên Thế giới vật lý.

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://physicsworld.com/a/paddlewheel-like-molecules-push-sodium-ions-through-next-generation-battery/