Loại pin nhỏ, tuổi thọ lâu và lưu trữ nhiều năng lượng hơn pin truyền thống

Hiện nay, pin lithium-ion đang là tiêu chuẩn vàng của các loại pin và được sử dụng trong hầu hết các loại thiết bị điện tử, từ điện thoại thông minh, máy vi tính tới rất nhiều vật dụng khác, song chúng vẫn tồn tại những thiếu sót nhất định. 

Trong các thí nghiệm so sánh với các công nghệ pin khác về khả năng tích trữ năng lượng và tuổi thọ, pin lithium-ion không phải là loại tốt nhất. Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tìm kiếm một loại pin tốt hơn, có thể tích trữ nhiều năng lượng hơn, nhẹ hơn và tuổi thọ cao hơn các pin lithium-ion truyền thống.

Trong khi rất nhiều nhà nghiên cứu đang thử nghiệm với các công nghệ pin hoàn toàn khác nhau thì các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Waterloo (Mỹ) đã quyết định khắc phục thiếu sót của loại pin hàng đầu lithium-ion. Các nhà nghiên cứu quyết định tập trung thay đổi vào cực âm anot của pin ion-lithium, vốn luôn được làm từ chì.

“Từ lâu chì đã được dùng để tạo ra điện cực âm trong các pin lithium-ion”, Giáo sư Chen, Chủ tịch nghiên cứu của tổ chức Vật liệu tiên tiến cho Năng lượng sạch tại Canada và là một thành viên của Viện Công nghệ và Viện Năng lượng Bền vững Waterloo cho biết. “Khi pin được cải thiện, chì sẽ từ từ trở thành một hạn chế về hiệu suất vì lượng năng lượng giới hạn mà nó có thể tích trữ”.

Khi sử dụng chì, công suất lý thuyết tối đa của pin là 370 mAh/g (miliAmpe giờ mỗi gam), nhưng silicon lại có công suất lý thuyết là 4,200 mAh/g. Silicon cũng có thêm ưu điểm là chi phí rẻ hơn nhiều so với chì.

Vậy, tại sao silicon vẫn chưa được sử dụng? Vấn đề của silicon là nó phản ứng với lithium của pin trong chu kỳ sạc, phồng lên và teo lại tới 300%. Sự phồng lên này gây ra các vết nứt và cuối cùng làm cho loại pin thử nghiệm thất bại.

Nhóm nghiên cứu đã hạn chế đến mức tối đa sự phồng lên của pin bằng cách sử dụng một đèn flash xử lý nhiệt vào các điện cực silicon, tạo ra một “cấu trúc nano mạnh mẽ”. Cấu trúc này làm cho điện cực và lithium ít tiếp xúc với nhau hơn, do đó giảm được sự phồng lên hay teo lại và khiến cho pin ổn định hơn nhiều.

Thiết kế mới có công suất hơn 1,000 mAh/g qua 2275 chu kỳ. Các nhà nghiên cứu nói rằng loại pin này hứa hẹn tăng từ 40-60% mật độ năng lượng so với các pin lithium-ion truyền thống. Điều đó có nghĩa là, một chiếc xe điện dùng thiết kế pin mới này có thể đi hơn 300 dặm (khoảng 500km), trong khi đó pin này lại nhẹ hơn, góp phần làm giảm tổng khối lượng phương tiện. 

Nhóm nghiên cứu đang tiến hành thương mại hóa thiết kế của mình và hy vọng rằng nó sẽ được sử dụng trong các loại pin mới vào năm tới.

Mai Linh (theo TreeHugger)