Thế hệ pin mới cho xe ô tô điện tương lai

15/10/2013

Thế hệ xe ô tô điện (EV) đầu tiên ra đời trong những ngày đầu tiên của thế kỷ 20 và chết yểu bởi pin không cạnh tranh nổi với bình xăng.

Thế hệ xe ô tô điện (EV) đầu tiên ra đời trong những ngày đầu tiên của thế kỷ 20 và chết yểu bởi pin không cạnh tranh nổi với bình xăng. Thế hệ thứ hai nổi lên trong thập kỷ qua, mặc dù pin đã được nâng cấp đáng kể nhưng vẫn có nhân tố hạn chế. Trong khi đó, tính kinh tế của xe hơi chạy xăng cũng được nâng cấp đáng kể, khiến cho cuộc cạnh tranh của EV khó khăn hơn so với xe hơi chạy xăng nhiên liệu trong những thập kỷ qua.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của pin lithium-không khí

Pin lithium được phát hiện ra đã trên 40 năm, nhưng sản xuất qui mô thương mại mới 20 năm. Hiện nay, các xe EV chạy bằng pin lithium-ion và chỉ có thể chạy được 150 km cho mỗi lần sạc điện; nhưng loại pin này nếu được nâng cấp có thể đạt gấp đôi mật độ năng lượng của pin hiện nay, thì pin li-ion cũng chỉ đạt được 400 Wh/kg, nghĩa là không chạy được quãng đường xa tới 300 km.

Để EV có thể chạy được xa hơn 500-650 km như xe ô tô chạy xăng nhiên liệu, thì phải phát triển một loại pin lithium mới cho EV có mật độ năng lượng 700 đến 1000 Wh/kg. Như vậy phải có công nghệ mới để sản xuất ra pin có công suất tích điện cao hơn 6 đến 7 lần công suất của pin li-ion hiện nay thì mới cạnh tranh được với động cơ xăng đốt trong.

Dựa trên những tiến bộ lớn của ngành luyện kim trong những năm qua, IBM, MIT và các công ty khác phát triển ra một công nghệ đầy hứa hẹn, gọi là công nghệ pin kim loại - không khí, trong đó có pin lithium - không khí và pin kẽm - không khí, có thể đạt được mật độ năng lượng của một bình xăng. Pin này có dung lượng tích điện lớn gấp 5 đến 10 lần so với pin li-ion.

Pin li - không khí hoạt động theo qui trình hoá học: ô xy hoá lithium ở cực a-nốt và khử ô xy ở cực ca-tốt để tạo ra một dòng điện. Việc thử nghiệm Pin này để chạy EV đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học từ cuối năm 2000 nhờ có những tiến bộ trong công nghệ vật liệu, yêu cầu nâng cao tính an toàn môi trường và tìm kiếm các nguồn năng lượng độc lập với nhiên liệu hoá thạch.

Pin li - không khí có mật độ năng lượng gần tương đương với động cơ đốt trong truyền thống, với tính ưu việt là vì sử dụng quá trình ô xy hoá từ không khí chứ không phải chứa một chất ô xy hoá bên trong pin, do đó, nó có những tính chất thân thiện với môi trường. Pin li - không khí có thể đạt mật độ năng lượng tới 1.140 Wh/kg, gần bằng với xăng nhiên liệu (1.300 Wh/kg), và đây là mức cao nhất mà pin kim loại - không khí có thể đạt được. Những tiềm năng này hướng cho các nhà nghiên cứu tập trung vào pin li - không khí hơn là pin kẽm - không khí từ giữa năm 2000.

Mới đây, pin li - không khí được coi là mục tiêu tiếp theo trong thiết kế pin lithium bởi mật độ năng lượng của lithium đối với không khí đạt tới 3840 mAh/g. Tuy nhiên, công nghệ pin li - không khí cần phải được nghiên cứu kỹ tiếp ở nhiều khía cạnh trước khi được thương mại hoá. Các nhà nghiên cứu đang theo đuổi 4 loại thiết kế pin li - không khí:

Pin Li-không khí aprotic: gồm một a-nốt kim loại lithium, một chất điện giải hữu cơ lỏng và một ca-tốt các bon xốp,
Pin li - không khí aqueous: gồm một a-nốt kim loại lithium, một chất điện giải nước và một ca-tốt các bon xốp,
Pin li - không khí aprotic/aqueous: nhằm khai thác những ưu thế của pinaprotic và pin aqeous,
Pin li - không khí trạng thái rắn được thiết kế ra từ quan điểm an toàn, loại trừ khả năng đứt gãy và đánh lửa: gồm một a-nốt lithium, một chất điện giải gốm, thuỷ tinh hay gốm - thuỷ tinh, và một ca-tốt các bon xốp.

Hiện tại, nhiều hãng sản xuất xe hàng đầu thế giới như IBM, Toyota, và Samsung đang tiếp tục đầu tư vào cuộc chạy đua R&D này, các hoạt động R&D sôi động dựa trên cơ sở những thành tựu công nghệ đã đạt được trong lĩnh vực pin li-ion và pin nhiên liệu được kỳ vọng góp phần giải quyết những thách thức công nghệ sớm hơn, và thúc đẩy thương mại hoá.

Theo Tạp Chí Công Thương

Thế hệ pin mới cho xe ô tô điện tương lai

Thông báo nhận hồ sơ các Giải thưởng hiệu quả năng lượng năm 2024

Điện khí hóa lò cao tiết kiệm năng lượng trong sản xuất thép

Bản quyền thuộc Vụ Tiết kiệm năng lượng và Phát triển bền vững, Bộ Công Thương