Tế bào pin thể rắn
Theo Futurism, một nhóm kĩ sư do ông George Goodenough, 94 tuổi, giáo sư tại trường Kĩ thuật Cockrell thuộc Đại học Texas tại Austin và là nhà đồng sáng chế ra viên pin lithium-ion dẫn đầu, đã phát triển thành công những tế bào pin ở thể rắn hoàn toàn. Công nghệ này sẽ giúp chúng ta có những viên pin an toàn hơn, sạc nhanh hơn và tuổi thọ lâu hơn cho các thiết bị di động cầm tay, xe điện và các trạm lưu trữ năng lượng.
Ông John Goodenough, người dẫn đầu nhóm kĩ sư đã đạt được thành tựu mới trong công nghệ pin năng lượng (ảnh: Trường kĩ thuật Cockrell).
Thành tựu của ông Goodenough, được sự hỗ trợ của nhà nghiên cứu cấp cao của trường Cockrell, bà Maria Helena Braga, là loại pin ở thể rắn hoàn toàn, có chi phí thấp, không thể bị cháy và có tuổi thọ lâu dài, cùng với mật độ năng lượng cao và thời gian sạc đầy thấp. Nhóm kĩ sư này đã mô tả thành tựu của mình trên ấn bản mới được phát hành của tạp chí Energy & Environmental Science.
Thay mặt nhóm, ông Goodenough phát biểu: "Chi phí, sự an toàn, thời gian sạc và vòng đời là những yếu tố vô cùng quan trọng để xe điện có thể được áp dụng rộng rãi. Chúng tôi tin rằng khám phá của chúng tôi sẽ giải quyết được nhiều vấn đề mà những viên pin ở thời điểm hiện tại đang mắc phải".
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh được rằng viên tế bào pin mới của họ có mật độ năng lượng cao gấp ba lần so với pin lithium-ion ngày nay. Mật độ năng lượng của tế bào pin sẽ quyết định khoảng cách tối đa mà xe điện có thể đi được, do đó, mật độ càng cao thì xe sẽ càng đi được xa trước khi phải nạp năng lượng. Công thức của tế bào pin mới cũng cho phép nó có tuổi thọ lâu hơn, đồng thời tốc độ sạc cũng được giảm đáng kể (chỉ mất vài phút thay vì hàng giờ đồng hồ).
Thời lượng pin dài hơn
Những viên pin lithium-ion ngày nay sử dụng các chất điện phân thể lỏng để trung chuyển các ion lithium giữa a-nốt (cực âm của viên pin) và ca-tốt (cực dương của viên pin). Nếu tế bào pin được sạc lại quá nhanh, nó sẽ hình thành những "đuôi gai" đi qua chất điện phân thể lỏng đó và dẫn đến cháy nổ. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã thay thế bằng các chất điện phân thủy tinh cho phép chúng ta sử dụng a-nốt kim loại kiềm mà không gây nên sự hình thành của các "đuôi gai".
Việc sử dụng a-nốt kim loại kiềm (lithium, natri hoặc kali) - những chất vốn không thể dùng được trên những viên pin thông thường – sẽ làm tăng mật độ năng lượng của ca-tốt và đem lại thời lượng pin dài hơn. Trong các thí nghiệm của mình, các tế bào của nhóm nghiên cứu đã thực hiện được 1200 chu kì sạc mà ít bị ảnh hưởng bởi điện trở.
Ngoài ra, vì các chất điện phân thủy tinh có độ dẫn điện cao, loại pin mới này có thể hoạt động ở nhiệt độ -20 độ C. Đây cũng là lần đầu tiên mà tế bào pin thể rắn có thể hoạt động ở mức nhiệt dưới 60 độ C.
Bà Braga bắt đầu phát triển chất điện phân thủy tinh cùng với các bạn học của mình kể từ khi bà còn đang theo học tại Đại học Porto ở Bồ Đào Nha. Khoảng 2 năm trước, bà đã cộng tác với ông Goodenough và nhà nghiên cứu Andrew J.Murchison tại Đại học Texas. Bà Braga tiết lộ rằng ông Goodenough đã cùng với sự hiểu biết của mình về thành phần và tính chất của các chất điện phân thủy tinh tạo ra một loại chất điện phân mới, thứ đã được cấp bằng sáng chế thông qua Văn phòng Công nghệ Thương mại của Đại học Texas.
Các chất điện phân thủy tinh này của các nhà nghiên cứu cho phép họ mạ và tẩy kim loại kiềm khỏi a-nốt và ca-tốt mà không tạo ra "đuôi gai", từ đó giúp quá trình chế tạo pin trở nên đơn giản hơn trước rất nhiều.
Một điểm cộng nữa của tế bào pin mới này là chúng có thể được tạo ra từ những vật liệu thân thiện với môi trường. Bà Braga chia sẻ: "Các chất điện phân thủy tinh cho phép chúng ta thay thế nguyên liệu lithium bằng natri, chất vốn được lấy từ nước biển và vô cùng dồi dào."
Ông Goodenough và bà Braga vẫn đang tiếp tục tiến hành nghiên cứu và cải tiến sản phẩm của mình, đồng thời xin cấp bằng sáng chế từ các nơi có thẩm quyền. Trong thời gian tới, họ hi vọng được làm việc với các nhà sản xuất pin để có thể đưa thành tựu của họ vào trong các thiết bị điện tử và các trạm lưu trữ năng lượng.
