Viễn cảnh chiếc xe điện thực hiện hành trình 800 cây số chỉ với một lần sạc pin sắp thành hiện thực nhờ bước tiến mới về công nghệ pin lithium-không khí. Các nhà nghiên cứu của Vương quốc Anh cho hay đã đạt được một bước tiến quan trọng trong việc phát triển một thỏi pin lithium-không khí, thiết bị ...
Viễn cảnh chiếc xe điện thực hiện hành trình 800 cây số chỉ với một lần sạc pin sắp thành hiện thực nhờ bước tiến mới về công nghệ pin lithium-không khí.
Các nhà nghiên cứu của Vương quốc Anh cho hay đã đạt được một bước tiến quan trọng trong việc phát triển một thỏi pin lithium-không khí, thiết bị hứa hẹn cho dung lượng cao từ 3-5 lần so với pin lithium-ion mà chúng ta sử dụng trên xe điện và các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện nay. Một khi được chế tạo thành công, loại pin mới có thể cho phép chúng ta sử dụng liên tục máy tính xách tay trong những chuyến bay dài, trò chuyện suốt tuần với chỉ một lần cắm sạc điện thoại, hay thực hiện chuyến đi dài hơn 800 cây số bằng xe điện Chevy Volt thay vì chỉ 160 cây số như hiện tại.
Theo trang tin Discovery, cuộc thử nghiệm của Peter G.Bruce (giáo sư hóa học Đại học St.Andrew, Scotland) và cộng sự tập trung vào một phản ứng hóa học vốn cho phép pin tái sạc mà không gây xuống cấp điện cực của pin.
Các nhà khoa học thế giới đang ra sức phát triển một loại pin với không khí làm cực âm và kim loại lithium làm cực dương. Nguyên liệu ô xy vừa rẻ tiền lại vừa nhẹ, do đó nó không đòi hỏi vỏ pin to nặng để chứa các điện cực. Với pin hiện tại, các ion của lithium di chuyển từ cực âm đến cực dương qua một chất điện phân hay một dung dịch hóa học. Khi sử dụng pin, quá trình được đảo ngược và dòng chảy ion sinh ra một dòng điện.
Trong pin lithium-không khí, ô xy đi vào cực âm và kết hợp với các ion lithium để sản sinh lithium peroxide, vốn sẽ tích tụ lại khi pin được xả hết. Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Bruce đã có thể cho phản ứng lặp đi lặp lại mà không gây phân hủy điện cực bằng cách sử dụng một lớp phim mỏng bằng vàng thủng tổ ong làm điện cực. Đây cũng chính là “gót chân Achilles” của loại pin này bởi vàng là loại nguyên liệu đắt tiền. Vì thế, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tìm ra một loại nguyên liệu khác rẻ tiền hơn để đảm nhận công việc đó thay vàng. “Đường đi vẫn còn dài. Nhưng những gì chúng tôi làm đã cho thấy tầm quan trọng của các cuộc nghiên cứu khoa học cơ bản trong lĩnh vực này”, Bruce nhận định.
Công nghệ pin lithium không khí đang được nghiên cứu với kỳ vọng nâng đáng kể quãng đường hoạt động của xe điện sau mỗi lần sạc. Các nhà nghiên cứu tại Vương quốc Anh cho biết họ đã đạt một tiến bộ quan trọng trong quá trình phát triển loại pin này. Theo thông tin được nêu, pin lithium không khí có thể đạt dung lượng cao gấp ba đến năm lần so với pin lithium ion đang được sử dụng phổ biến.
Nếu được chế tạo thành công, công nghệ này có thể mở rộng khả năng sử dụng của nhiều thiết bị điện tử và phương tiện giao thông. Máy tính xách tay có thể hoạt động lâu hơn trong những chuyến bay dài, trong khi điện thoại có thể được sử dụng liên tục nhiều ngày trước khi cần sạc lại. Đối với xe điện, công nghệ mới được kỳ vọng giúp phương tiện di chuyển hơn 800 km sau một lần sạc, thay vì khoảng 160 km như ví dụ được đề cập về mẫu Chevy Volt.
Thí nghiệm được thực hiện bởi Peter G. Bruce, giáo sư hóa học tại Đại học St Andrews ở Scotland, cùng các cộng sự. Nhóm nghiên cứu tập trung vào một phản ứng hóa học có khả năng giúp pin được sạc lại mà không làm điện cực bị xuống cấp nhanh chóng. Đây là một trong những vấn đề quan trọng cần giải quyết để pin lithium không khí có thể hoạt động ổn định trong thực tế.
Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tìm cách phát triển loại pin sử dụng không khí làm cực âm và kim loại lithium làm cực dương. Ô xy được xem là nguyên liệu nhẹ và có chi phí thấp, nên thiết kế này có thể giảm nhu cầu sử dụng lớp vỏ lớn để chứa các điện cực. Nếu đạt hiệu quả, cấu trúc đó có thể góp phần làm giảm khối lượng và tăng dung lượng của pin.
Trong pin lithium ion thông thường, các ion lithium di chuyển giữa hai điện cực thông qua chất điện phân, là một dung dịch hóa học giúp quá trình truyền ion diễn ra. Khi pin cung cấp năng lượng, chuyển động của các ion tạo ra dòng điện phục vụ thiết bị. Khi sạc, quá trình di chuyển được đảo ngược để khôi phục trạng thái ban đầu của pin.
Ở pin lithium không khí, ô xy đi vào cực âm và kết hợp với các ion lithium trong quá trình phóng điện. Phản ứng này tạo ra lithium peroxide, một chất tích tụ dần khi pin tiếp tục được sử dụng. Việc kiểm soát sự tích tụ và bảo vệ điện cực trong các chu kỳ sạc xả là thách thức kỹ thuật lớn của công nghệ.
Nhóm của giáo sư Bruce cho biết họ đã khiến phản ứng diễn ra lặp lại mà không làm điện cực bị phân hủy. Kết quả này đạt được nhờ sử dụng một lớp phim vàng mỏng có cấu trúc thủng giống tổ ong làm điện cực. Cấu trúc vật liệu được cho là đã hỗ trợ phản ứng, nhưng đồng thời cũng làm nổi bật hạn chế về chi phí của phương án hiện tại.
Vàng là nguyên liệu đắt tiền, vì vậy việc sử dụng nó trong sản phẩm thương mại có thể khiến pin lithium không khí khó cạnh tranh. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm một vật liệu khác có giá thấp hơn nhưng vẫn đảm nhiệm được chức năng tương tự. Peter G. Bruce nhận định rằng công nghệ này vẫn còn chặng đường dài phía trước, dù kết quả nghiên cứu cho thấy vai trò của khoa học cơ bản trong việc giải quyết các vấn đề của pin thế hệ mới.
