Công nghệ pin từ thế kỷ 19 vẫn được dùng đến ngày nay

Nguồn ảnh: Thanh Niên

Ngày nay chúng ta đã quá quen thuộc với các loại pin có thể sạc để tái sử dụng, nhưng bạn sẽ bất ngờ khi biết chúng thực sự xuất hiện từ khi nào?

Pin điện đã có mặt từ thế kỷ 19, khi Allesandro Volta lần đầu phát triển chúng. Dù vậy, pin dùng một lần có thể vẫn tạo cảm giác là phát minh khá mới, thậm chí ra đời cùng thời với đồ điện tử hiện đại. Thực tế, pin sạc tồn tại gần như lâu ngang với những viên pin nguyên bản của Volta.

Gaston Planté tạo ra pin sạc đầu tiên vào năm 1859, sử dụng công nghệ axit-chì. Những mẫu đầu tiên gồm một chiếc lọ thủy tinh chứa hai cuộn lá chì nguyên chất ngăn cách bằng một lớp vải, ngâm trong dung dịch axit sulfuric.

Pin sạc đã có từ năm 1859, sớm hơn bạn nghĩ rất nhiều

Thiết kế này đã thay đổi đôi chút theo thời gian, hiệu quả hơn nhờ các hợp kim đặc biệt và thiết kế cải tiến. Pin axit-chì vẫn được dùng rộng rãi vì vật liệu sẵn có, chi phí sản xuất rẻ, mật độ năng lượng cao và độ bền tốt. Loại pin này xuất hiện trong các phương tiện lớn nhỏ, máy móc công nghiệp và hệ thống điện dự phòng, bao gồm cả hỗ trợ lưu trữ năng lượng tái tạo.

Pin gốc của Planté mất đáng kể dung lượng sau mỗi lần sạc và cần ba tháng hoặc lâu hơn sạc đi sạc lại mới tích đủ điện để dùng lại. Trong khi đó, các loại pin sạc hiện nay chịu được từ 800 đến 1.000 chu kỳ sạc mỗi viên.

Pin lithium được phát triển muộn hơn nhiều, bắt đầu từ cuối thập niên 1950 khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm lithium trong chất điện phân và những viên pin lithium đầu tiên ra thị trường vào thập niên 1960. Nhiều biến thể lithium đã ra đời sau đó, mỗi loại dùng một thành phần hóa học khác nhau.

Vậy vì sao không phải loại pin nào cũng sạc được? Có hai cách lý giải: pin dùng một lần có thể phù hợp hơn với một số trường hợp, như dung lượng lớn hơn hoặc dùng lâu dài trong thiết bị tiêu thụ điện thấp; hoặc đơn giản là chúng thường rẻ hơn để sản xuất nhờ thiết kế ít phức tạp hơn, có lợi hơn cho lợi nhuận của nhà sản xuất.

Tuy công nghệ pin sạc tưởng chừng đi liền với kỷ nguyên thiết bị điện tử hiện đại, nền tảng của kỹ thuật này thực tế đã xuất hiện từ giữa thế kỷ 19. Năm 1859, nhà vật lý Gaston Planté chế tạo thành công mẫu pin sạc đầu tiên dựa trên phản ứng axit-chì, với cấu tạo từ hai cuộn lá chì ngâm trong dung dịch axit sulfuric. Dù ra đời sớm hơn rất nhiều so với sự xuất hiện của pin lithium vào thập niên 1960, công nghệ axit-chì vẫn giữ vai trò thiết yếu nhờ chi phí sản xuất rẻ, độ bền cao và nguồn vật liệu dồi dào. Sự phát triển kỹ thuật qua hơn một thế kỷ đã giúp tối ưu hóa hiệu suất cũng như tuổi thọ của hệ thống lưu trữ điện năng. Mẫu thiết kế nguyên bản của Planté từng đòi hỏi nhiều tháng sạc đi sạc lại liên tục và bị suy giảm dung lượng nhanh chóng sau mỗi lần sử dụng. Trái lại, các dòng pin sạc thế hệ mới hiện nay đã đạt khả năng chịu đựng từ 800 đến 1.000 chu kỳ sạc, phục vụ hiệu quả cho phương tiện giao thông, máy móc công nghiệp và lưu trữ năng lượng tái tạo. Bên cạnh sự thống trị của pin sạc, các loại pin dùng một lần vẫn duy trì vị thế vững chắc trên thị trường nhờ những ưu thế riêng biệt. Nhờ cấu trúc hóa học đơn giản và chi phí sản xuất thấp, pin một lần đem lại giải pháp tối ưu về mặt kinh tế cho doanh nghiệp chế tạo. Đồng thời, loại pin này đáp ứng tốt nhu cầu lưu trữ dung lượng cao hoặc duy trì nguồn điện ổn định cho các thiết bị tiêu thụ năng lượng thấp trong thời gian dài.