Hướng tới bước đột phá về công nghệ sản xuất pin

Nếu sản xuất pin là một nghệ thuật, thì nhà khoa học Esther Takeuchi thuộc trường đại học Buffalo là một trong những nghệ sĩ xuất sắc nhất, với hơn 140 bằng sáng chế tại Mỹ, tất cả đều trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng.

Takeuchi đã phát triển một loại pin giúp cho những chiếc máy trợ  tim cấy dưới da (ICDs) có thể hoạt động được. Với kỳ tích này, Takeuchi đã được tổng thống Obama trao tặng giải thưởng công nghệ quốc gia vào năm ngoái.

Hàng triệu người mắc bệnh tim đã được hưởng lợi từ  những chiếc máy trợ tim sử dụng pin oxit bạc vanadi của Takeuchi. Với sự hỗ trợ tài chính từ Viện y học quốc gia, bà đang tiếp tục phát triển những nguyên liệu mới để cải tiến loại pin dùng cho máy trợ tim. 

Những tiến triển mới nhất của dự án này đã được đăng trên tạp chí Power Sources. Nhưng hiện tại, Takeuchi đang nghiên cứu áp dụng ý tưởng độc đáo của mình cho lưới điện quốc gia, ý tưởng nhằm tối đa hóa hiệu suất của các hóa chất dùng cho pin.

Hai năm trước, Takeuchi, một giáo sư xuất sắc thuộc khoa công nghệ  và khoa học ứng dụng, đại học Buffalo –  đại học quốc gia New York, đã chuyển sang làm công tác giảng dạy sau 22 năm làm trong ngành công nghiệp. Bà  có thể sẽ là nhà khoa học đầu tiên tìm ra sự kết hợp giữa các nguyên liệu mà  sự kết hợp này sẽ mở ra cuộc cách mạng tiếp theo về lưu trữ năng lượng.

Tiến sĩ  Amy Marschilok, người đã làm việc cùng Takeuchi hơn 6 năm, cho biết: “Esther có một ý tưởng độc nhất vô nhị. Trong khi phát triển loại pin oxit bạc vanadi dùng cho máy trợ tim, cô ấy đã nảy ra ý định biến nó thành một loại pin đa năng”.

 “Giờ thì Esther đang ứng dụng nó cho những lĩnh vực rất khác nhau,” Marschilok nói tiếp, “Liệu một sự biến đổi trong hệ thống pin một ngày nào đó sẽ được áp dụng để cung cấp năng lượng cho các gia đình và các tòa nhà? Đó chính là viễn cảnh cô ấy luôn hướng tới và đó là điều mà ngành nghiên cứu pin thực sự cần.”

Trong những năm qua, Takeuchi đã được hỗ trợ hơn 1 triệu  đôla từ các cơ quan liên bang để phát triển những nguyên liệu tốt hơn cho pin và tìm ra cách ngăn cản sự hao mòn của chúng.

Gần  đây, cùng với chồng mình, Kenneth Takeuchi - giảng viên ưu tú của đại học quốc gia New York, Takeuchi đang tiến hành một dự án được tài trợ bởi Cơ quan nghiên cứu và phát triển năng lượng bang New York nhằm phát triển những nguyên liệu mới rẻ tiền dành cho pin xạc.

Mục  đích là xây dựng một mạng lưới điện phân phối giúp cho nguồn năng lượng tái chế được sản xuất ra gần hơn với nơi tiêu thụ, hơn là sản xuất ở một địa điểm trung tâm rồi mới truyền đến nơi qua một quãng đường dài – cách mà mạng lưới điện hiện tại đang vận hành.

“Một trong những thách thức chủ yếu khi chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng sạch và tái chế là việc sử dụng năng lượng mặt trời hay năng lượng gió,” Takeuchi nói.

Và ngay cả khi có nắng hay có gió thổi thì  cả hai hiện tượng này chưa chắc sẽ xảy ra thường xuyên trong một thời gian dài. “Sẽ có những sự giao động rất lớn trong lượng điện năng được sản sinh,” bà nói thêm.

Điều đó khiến cho việc tìm ra một biện pháp mạnh và đáng tin cậy để lưu trữ năng lượng là hết sức cấp thiết. Và đó cũng là một điểm nổi bật trong các thiết bị y sinh duy trì sự sống mà Takeuchi đã từng nghiên cứu trước đây.

Bà nói: “Để sản sinh ra năng lượng ở một mức  độ ổn định và đủ dùng, chúng ta cần phải kết hợp một hệ thống lưu trữ năng lượng đang tin cậy với những nguồn năng lượng tái chế.”

Nghiên cứu của Takeuchi về những thiết bị y sinh đã giúp bà có những nhận thức về giá trị của các loại pin có tuổi thọ cao. Vòng đời thông thường của pin dùng cho một thiết bị cấy dưới da là 5-10 năm và Takeuchi là một trong những người đi tiên phong trong việc tăng tuổi thọ cho pin dùng cho những ứng dụng y sinh và cả những ứng dụng đa năng.

“Cho dù là mạng lưới điện, xe chạy điện hay thiết bị y sinh, thì yêu cầu đặt ra luôn là chi phí thấp, tuổi thọ cao và có thể tái sử dụng,” bà kết luận.