4 phát minh có thể tạo bước tiến mới cho pin lithium-ion

Pin lithium-ion có thể uốn dẻo, bẻ cong

Panasonic - một trong những nhà tiên phong trong lĩnh vực pin trên di động - cho biết đã phát triển thành công thế hệ pin lithium-ion mới có thể bẻ cong và uốn dẻo với độ mỏng chỉ 0,55mm. Tuy nhiên, dòng pin này vẫn giữ nguyên đặc tính vốn có như sạc và xả năng lượng, ngay cả khi đã bị uốn cong và bẻ xoắn nhiều lần.

Theo đó, dòng pin mới do Panasonic phát triển sử dụng thiết kế bên ngoài nhiều lớp cùng cấu trúc bên trong mới hạn chế tình trạng rò rỉ và tăng nhiệt bất thường khi pin bị uốn cong và vặn xoắn nhiều lần, nên đảm bảo an toàn khi sử dụng trên các thiết bị di động đeo trên người như: thiết bị đeo thông minh, áo quần thông minh...

Tuy vậy, việc dung lượng còn khiêm tốn khi chỉ có thể lưu trữ 60mAh đang đặt ra nhiều thách cho các nhà phát triển. Điều đó cũng có nghĩa nó quá nhỏ để có thể sử dụng trên smartphone. Vì thế, Panasonic đang tiếp tục tìm giải pháp tăng thêm dung lượng lưu trữ cũng như “bào mỏng” pin thêm chút nữa để có thể sử dụng trên nhiều thiết bị di động hơn nữa, thậm chí cả với smartphone. Nếu Panasonic thành công, thì sự xuất hiện của smartphone có thể bẻ cong trên thị trường không còn xa nữa.

Dự kiến, dòng pin mới sẽ được Panasonic đưa ra thị trường cuối tháng 10/2016. Hai phiên bản pin nhỏ hơn với dung lượng lần lượt 17,5-40mAh sẽ đến với người dùng vào tháng 11.

Pin lithium trọn đời

Các nhà nghiên cứu đến từ Đại học California, Irvine (UIC) đã phát minh ra dòng pin lithium có lõi được cấu tạo từ sợi nano với khả năng sạc lên đến hàng trăm nghìn lần. Đây được coi là bước tiến rất lớn trong lĩnh vực công nghệ pin, tạo tiền đề cho các nhà sản xuất có thể tạo ra dòng pin có khả năng tái sử dụng hàng trăm, thậm chí là cả nghìn năm.

Việc sử dụng dây nano trong chế tạo pin không mới. Tuy nhiên, những sợi nano mong manh không phù hợp để sử dụng trong việc nạp và xả pin nhiều lần do chúng thường bị nở ra, giòn hơn và bắt đầu rạn nứt khi dùng để chế tạo pin lithium-ion. Song, các nhà nghiên cứu của UCI đã khắc phục được nhược điểm này bằng cách phủ dây nano làm từ phân tử vàng bằng lớp vỏ chất mangan dioxide. Sau đó, chúng được nhúng vào chất điện phân làm bằng gel Plexiglass. Nhờ đó, sợi nano bên trong trở nên bền vững hơn nhiều lần.

Mya Le Thai - nữ nghiên cứu sinh gốc Việt tại Đại Học UCI, người đứng đầu nhóm nghiên cứu - đã thí nghiệm loại pin này bằng cách nạp và xả pin 200 nghìn lần trong ba tháng mà chưa phát hiện thấy sự thay đổi về công suất, điện năng và các sợi dây nano. Trong khi đó, Reginald Penner - Trưởng khoa Hóa Học tại UCI - cho biết: Loại sợi này chỉ nạp 6-7.000 lần là bị hủy. Vì thế, các nhà nghiên cứu cho rằng: oxit kim loại dẻo khiến sợi nano trở nên linh hoạt hơn, chống lại nứt gãy.

Mya Le Thai cho biết: "Nghiên cứu này chứng minh: pin dựa trên điện cực dây nano có thể có cuộc đời dài. Chúng tôi có thể tạo ra loại pin như thế này". Nghiên cứu được tiến hành với sự phối hợp của Đại học Maryland và vốn tài trợ từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

Pin lithium-ion không dùng chất lỏng

Pin lithium-ion thông thường sử dụng chất lỏng để làm dung môi giữa các điện cực. Bởi đây là môi trường lý tưởng nhất để vận chuyển electron từ điện cực này đến điện cực khác. Song tiếc là quá trình này có thể xảy ra hiện tượng thất thoát electron dẫn đến điện năng bị sụt giảm đột ngột. Ngoài ra, nếu nhiệt độ môi trường xuống quá thấp hoặc tăng quá cao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất dung môi, làm giảm hiệu năng của pin lithium-ion.

Để khắc phục hạn chế này, các nhà nghiên cứu tại Toyota đã tìm ra phương pháp mới để loại bỏ các thành phần chất lỏng trong pin lithium-ion để biến loại pin này thành thể rắn. Theo đó, hợp chất giữa Liti, Silic, Phốt pho, lưu huỳnh, các bon và hợp chất giữa phốt pho, lưu huỳnh và Liti đã được các nhà khoa học Nhật Bản sử dụng. Hai loại chất dung môi mới này có thể tăng gấp đôi tốc độ truyền dẫn electron so với sử dụng chất lỏng, thậm chí còn gia tăng độ an toàn, tránh tình trạng phát nổ khi nhiệt độ quá cao. Phương pháp này sẽ giúp nguồn năng lượng ổn định hơn, chu kỳ nạp và xả năng lượng diễn ra nhanh hơn.

Dù công nghệ mới này không giúp cho pin lithium-ion có thể tăng thêm dung lượng, nhưng những cục pin lithium-ion thể rắn này có thể hoạt động cả trong điều kiện nhiệt độ -31 o C hay gần 100 độ C.

Cấu trúc pin Lithium 3-D của Prieto Battery

Pin Lithium 3-D do Amy Prieto - Giáo sư hóa học tại Đại học Colorado Prieto phát triển - có cấu tạo từ lớp vật liệu đồng ở dạng xốp, được tráng lớp polymer điện phân siêu mỏng cùng lớp điện cực âm bao phủ ở ngoài cùng.

Với cấu trúc này, các điện cực âm và dương sẽ hòa trộn vào nhau, tạo ra khoảng cách nhỏ hơn giúp các ion Lithium dễ dàng khuyếch tán. Nhờ đó, dòng pin này mang đến người dùng mật độ năng lượng và cường độ dòng điện lớn hơn các pin cấu trúc hai chiều hiện nay. Cụ thể: Theo số liệu do Prieto Battery công bố: pin Lithium 3-D cho sức mạnh gấp đôi pin Lithium thông thường. Chỉ cần tối thiểu 5 phút sạc, pin có thể đáp ứng điều kiện chạy công suất cao trong 10 giờ. Pin Lithium 3-D có thể thiết kế cho các hệ thống lớn như nhà máy năng lượng mặt trời và cả thiết bị nhỏ như thiết bị đeo thông minh.

Hiện tại, Prieto Battery có kế hoạch thương mại hóa sản phẩm để bán ra thị trường trong thời gian sớm nhất có thể.

Xem thêm:

Quang Huy