|
| Pin nhôm - Ảnh minh họa Tech Xplore |
Hai nhóm nghiên cứu từ Đại học Flinders ở Nam Australia và Đại học Khoa học Công nghệ Chiết Giang ở Trung Quốc đã thông báo kết quả đáng khích lệ trong giai đoạn đầu tiên của tiến trình phát triển loại pin mới trong một bài báo có tựa đề “Sự mất cân xứng có thể đảo ngược do axit Lewis của TEMPO cho phép chế tạo pin gốc nhôm dung dịch nước”, được xuất bản trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
Hầu hết các loại pin hiện nay đều chứa những vật liệu nguy hiểm, gây ô nhiễm môi trường khi loại bỏ ở các bãi chôn lấp hoặc vứt bỏ ra ngoài môi trường. Các vật liệu như chì, cadmium và thủy ngân có thể gây độc hại cho người và động vật, làm ô nhiễm đất và nước. Nguy hiểm hơn, những loại vật liệu này tồn tại lâu dài trong môi trường.
TS Kai Zhang từ Đại học Khoa học Công nghệ Chiết Giang Trung Quốc và phòng thí nghiệm nghiên cứu của PGS Zhongfan Jia tại Đại học Flinders, Nam Australia đã hợp tác nghiên cứu về điện hóa của các gốc ổn định axit Lewis được sử dụng nhiều nhất trong chất điện phân (Al (OTf)3 để thí nghiệm chế tạo pin nhôm.
Các phân tử gốc nitroxide (TEMPO) là vật liệu điện cực hữu cơ điển hình có tiềm năng oxi hóa khử cao và điện động hóa nhanh, đã được sử dụng rộng rãi làm vật liệu ca -tốt trong pin ion kim loại đa hóa trị. Nhưng TEMPO và các dẫn xuất khác không được sử dụng trong pin nhôm-ion có thể sạc lại (AIB). Trong nghiên cứu này, hành vi điện hóa của TEMPO được kiểm tra trong chất điện phân axit Lewis hữu cơ và nước.
Thông qua các đặc tính điện hóa và tính toán lý thuyết, nhóm nghiên cứu phát hiện được, sự không cân xứng điện tích không thể đảo ngược của TEMPO trong Al(OTf)3 chất điện giải hữu cơ có thể được chuyển sang quá trình thuận nghịch khi chuyển sang môi trường nước. Những phát hiện này cho phép thiết kế AIB đầu tiên dạng nước.
Trong quá trình nghiên cứu, trên cơ sở những phát hiện đã nêu nhóm nhà khoa đã phát triển thiết kế đầu tiên của pin gốc nhôm sử dụng chất điện phân gốc nước có khả năng chống cháy và ổn định trong không khí, cung cấp đầu ra điện áp ổn định 1,25 V, dung lượng 110 mAh/g Pin thực hiện hơn 800 chu kỳ sạc, xả nhưng chỉ tiêu hao 0,028% mỗi chu kỳ.
GS Zhongfan Jia thuộc Đại học Khoa học và Kỹ thuật của Đại học Flinders cho rằng, trong tương lai có thể sử dụng vật liệu phân hủy sinh học này để phát triển pin mềm khiến pin an toàn và bền vững.
GS Jia cho biết, đây là pin ion kim loại đa hóa trị, bao gồm những kim loại như nhôm Al3+, kẽm Zn2+ hoặc Magan Mg2+, đây là những nguyên tố phong phú trên Trái đất, cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với pin lithium-ion (LIB). Ông nhấn mạnh:
"Đặc biệt, pin nhôm-ion (AIB) có được sự quan tâm lớn vì nhôm là nguyên tố phong phú thứ ba trên trái đất (8,1%), do đó AIB có khả năng trở thành hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững với chi phí thấp".
Nhưng một trong những thách thức lớn hiện nay đối với AIB là sự di chuyển chậm của các ion nhôm (Al3+) phức hợp, khiến AIB có hiệu suất ca-tốt thấp. Polymer liên hợp hữu cơ là cực âm mới được phát triển cho AIB để giải quyết vấn đề vận chuyển ion nhưng hiệu suất điện áp đầu ra của pin vẫn rất thấp.
Thông qua nghiên cứu này, các nhà khoa học cũng chứng minh được, sử dụng các vật liệu điện động không liên hợp hữu cơ polymer cho các AIB an toàn và hiệu quả hơn về chi phí so với các AIB, đang sử dụng các phân tử hữu cơ liên hợp cho cực âm.
Các gốc ổn định là lớp các phân tử điện hữu cơ từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống pin hữu cơ khác nhau. Loại đầu tiên thuộc nhóm sử dụng các phân tử hữu cơ liên hợp đã được công ty cổ phần điện tử Nhật Bản Nippon (NEC) thương mại hóa từ năm 2012.
Phòng thí nghiệm của PGS Jia tại Đại học Flinders trước đây đã phát triển những vật liệu gốc ổn định cho các LIB lai (hybrid) hữu cơ, pin natri-ion và pin hoàn toàn hữu cơ. Những vật liệu gốc này chưa bao giờ được sử dụng trong AIB do không có những hiểu biết cần thiết về phản ứng điện hóa học của cực âm polymer các phân tử điện hữu cơ trong chất điện phân.
Theo Tech Xplore
