“Chấm lượng tử” được hiểu là những hạt siêu nhỏ của vật liệu bán dẫn – có tiết diện nhỏ hơn 10.000 lần so với tóc con người, và có khả năng dẫn điện độc đáo. Những “chấm” này có thể được điều chỉnh để có những tính chất nhất định, chẳng hạn khả năng tạo ra điện tích khi bị kéo căng.
Quặng pyrite còn được gọi là “fool’s gold” – một loại quặng có màu sắc óng ánh như vàng và là một trong những vật liệu có nhiều nhất trên bề mặt trái đất.
 |
| Các nhà khoa học tin rằng họ đã tìm ra cách để có thể sạc pin điện thoại đầy trong vòng 30 giây bằng cách sử dụng các “chấm lượng tử”. Trong ảnh, Anna Douglas đang cầm trong tay một trong những viên pin đã được cô cải tiến bằng cách đưa vào hàng triệu chấm lượng tử được làm từ fool’s gold (Ảnh: John Russell)
|
Cho đến hiện nay, tác dụng của những chấm lượng tử trong việc tăng tốc độ sạc pin chỉ kéo dài trong một vài chu kỳ sạc pin. Nhưng theo Cary Pint - trưởng nhóm nghiên cứu, họ đã tìm ra cách để tách những chấm lượng tử ra khỏi quặng pyrite – điều này có thể giúp tạo ra các loại pin được sạc một cách nhanh chóng và hoạt động trong hàng chục chu kỳ.
Pint cho biết dạng thô của “fool’s gold” được xem như một sản phẩm phụ của hoạt động sản xuất than và có giá thành rất rẻ. Nó được dùng trong pin lithium và thường bị vứt bỏ sau mỗi lần sử dụng.
“Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu nano có thể cải thiện đáng kể pin nhưng có giới hạn nhất định. Khi các hạt trở nên nhỏ đi, thường là dưới 10 nanomet, các hạt nano bắt đầu có phản ứng hóa học với chất điện giải và vì thế chỉ có thể sạc một vài lần” – Pint phân tích.
Trong khi đó quặng pyrite hoạt động rất hiệu quả bởi nó có cách thức độc đáo thay đổi hình dạng thành sắt và hợp chất lythium-lưu huỳnh để lưu trữ năng lượng.
Trong quá trình này lithium chèn vào một vật liệu trong khi sạc điện và được chiết xuất khi ngừng sạc. Quá trình này loại bỏ vật liệu có chứa những lithium hầu như không thay đổi.
 |
|
Đưa quặng pyrite dạng lớn vào pin sẽ hoạt động kém bởi sắt phải di chuyển lên bề mặt để vật liệu natri-lưu huỳnh có thể hình thành và lưu trữ năng lượng. Ngược lại, các chấm lượng tử của quặng pyrite có sắt gần bề mặt nhờ kích thước siêu nhỏ của mình và quá trình lưu trữ năng lượng này có thể xảy ra thuận nghịch qua nhiều chu kỳ. (Ảnh: Pint Lab)
|
Theo Pint, nói một cách đơn giản bạn có thể hình dung quá trình này như “chiếc bánh vani”.
“Việc lưu trữ lithium hay natri trong vật liệu pin thông thường cũng giống như đưa các hạt sô cô la vào trong bánh và sau đó lấy ra những hạt còn nguyên. Với những vật liệu mà chúng tôi đang nghiên cứu, nó sẽ tương tự như khi bạn đưa hạt sô cô la vào bánh vani và nó thay đổi thành bánh sô cô la với hạt vani”.
Kết quả là những quy tắc loại bỏ việc sử dụng các hạt nano siêu nhỏ trong các loại pin sẽ không còn được áp dụng. Thực tế là những hạt nano siêu nhỏ sẽ được “lên ngôi”.
Pint cho rằng việc hiểu rõ cơ chế lưu trữ hóa chất và cách chúng phụ thuộc vào các kích thước hạt nano là rất quan trọng để kích hoạt sự phát triển của hiệu suất pin với một tốc độ tuân theo định luật Moore và có thể hỗ trợ việc chuyển đổi sang các loại xe điện.
 |
| Nếu đưa các chấm lượng tử vào pin điện thoại di động sẽ có thể giúp sạc đầy pin trong vòng 30 giây nhưng hiệu quả chỉ kéo dài trong vài chu kỳ sạc pin. Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách để tăng các chu kỳ này (Ảnh: David Madison)
|
“Các loại pin trong tương lai có thể được sạc đầy chỉ trong vài giây và dùng được trong vài ngày sẽ không chỉ sử dụng công nghệ nano mà chúng còn kế thừa từ sự phát triển của những công cụ mới, cho phép chúng ta thiết kế những kiến trúc nano có thể chịu được tới hàng chục nghìn chu kỳ và có khả năng lưu trữ năng lượng tương đương xăng dầu”
“Nghiên cứu của chúng tôi là một bước tiến quan trọng đi theo hướng này” – Pint tự tin cho biết.